卷揚(yáng)機(jī)制動器設(shè)計(jì).doc

目 錄宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 前 言12 盤式制動器的結(jié)構(gòu)方案分析22.1 鉗盤式制動器的分類22.2 盤式制動器的選擇32.3 盤式制動器的功用和要求32.4 滑動鉗式制動器的工作原理43 盤式制動器的設(shè)計(jì)與計(jì)算53.1 制動力矩的計(jì)算53.2 制動器表面溫升63.3 摩擦片單位壓力73.4 性能約束74 盤式制動器主要參數(shù)的確定104.1 制動盤直徑與厚度104.2 摩擦襯塊半徑104.3 制動襯塊面積105 Solidworks的盤式制動器設(shè)計(jì)115.1 制動器零件的繪制（附主要零件的立體效果圖）115.2 制動器的裝配圖155.2 制動器爆炸圖的生成（附立體效果圖）165.4 制動器工程圖的生成（附總裝配圖）17結(jié) 論18致謝19參考文獻(xiàn)201 前 言汽車工業(yè)的百年發(fā)展史，1886年真是不同尋常的一年，這一年，德國人卡爾奔馳研制的0.9馬力的三輪汽車取得了帝國專利證書，同年，另一名德國人戴姆勒也試駕了他發(fā)明的四輪汽油汽車。從此，汽車開始改變這個(gè)世界。1906年美國的杜里埃兄弟制造并出售了13輛以汽油為燃料的四輪汽車。1914年，福特汽車公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車的流水線生產(chǎn)。1928年，通用公司雪佛蘭汽車的年產(chǎn)量就達(dá)到了120萬輛。汽車很快就成了時(shí)尚的寵兒。中國汽車工業(yè)從1953年興建第一汽車制造廠開始，1956年第一輛解放牌載貨汽車駛出一汽的大門，中國不能制造汽車的歷史從此結(jié)束。如今汽車品牌之多，汽車生產(chǎn)技術(shù)之先進(jìn)，已是人們有目共睹的事實(shí)。21世紀(jì)是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，汽車工業(yè)逐步成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。我國隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車的年產(chǎn)量和社會保有量也都在迅速增加。汽車質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到我國汽車產(chǎn)業(yè)能否沖出國門，走向世界。因此，對汽車以及相關(guān)產(chǎn)品的改進(jìn)也是相當(dāng)重要的。從汽車誕生時(shí)起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。汽車制動器作為汽車制動系統(tǒng)的重要部件，其工作狀況的好壞直接影響到制動系統(tǒng)的性能和行車的安全。與鼓剎相比，盤式制動器具有散熱快、重量輕、制動迅速、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素的影響更小，在嚴(yán)寒氣候和極限駕駛狀態(tài)下開車，盤式制動器比鼓式制動器更容易在短時(shí)間內(nèi)讓車停下來。所以盤式制動器具有更大的發(fā)展空間，廣泛應(yīng)用也有很深遠(yuǎn)的意義。2 盤式制動器的結(jié)構(gòu)方案分析2.1 鉗盤式制動器的分類鉗盤式制動器的固定摩擦元件是制動塊，裝在與車軸連接且不能繞車軸軸線旋轉(zhuǎn)的制動鉗中。制動襯塊與制動盤接觸面很小，在盤上所占的中心角一般僅為3050，故這種盤式制動器又稱為點(diǎn)盤式制動器。鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)不同，有以下幾種。圖2-1 鉗盤式制動器示意圖1.固定鉗式如圖2-1(a)所示，制動鉗固定不動，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而其中必須在制動盤兩側(cè)裝設(shè)制動塊促動裝置，以便分別將兩側(cè)的制動塊壓向制動盤。這種形式也成為對置活塞式或浮動活塞式。2.浮動鉗式（1）滑動鉗式 如圖2-1(b)所示，制動鉗可以相對于制動盤做軸向滑動，其中只在制動盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動塊固裝在鉗體上。制動時(shí)活塞在液壓作用下使活動制動塊壓靠到制動盤。而反作用力則推動制動鉗體連同固定制動塊壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊受力均勻?yàn)橹?。?）擺動鉗式 如圖2-1(c)所示，它也是單側(cè)液壓缸結(jié)構(gòu)，制動鉗體與固定于車軸上的支座鉸接。為實(shí)現(xiàn)制動，鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內(nèi)擺動。顯然制動塊不可能全面均勻地摩擦。為此，有必要將襯塊預(yù)先做成楔形（摩擦面對背面的傾斜角為6左右）。在使用過程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻（一般為1mm左右）后應(yīng)即更換。2.2 盤式制動器的選擇固定鉗式的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 除活塞和制動塊以外無其他滑動件，易于保證鉗的剛度；（2） 結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動輪缸相差不多；（3） 容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤式的改型；（4） 能適應(yīng)不同回路驅(qū)動系統(tǒng)的要求（可采用三缸或四缸液壓缸結(jié)構(gòu)）。固定鉗式制動器存在著以下缺點(diǎn)：（1） 液壓缸較多，使制動鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜；（2） 液壓缸分置于制動盤兩側(cè)，必須用跨越制動的鉗內(nèi)油道或外部油管來連通。這必然使得制動鉗的尺寸過大，難以安裝現(xiàn)代化轎車的輪轂內(nèi)；（3） 熱負(fù)荷大時(shí)，液壓缸和跨越制動盤的油管或油道中的制動液容易受熱汽化；（4） 若要兼用于駐車制動，則必須加裝一個(gè)機(jī)械促動的駐車制動鉗。這些缺點(diǎn)使得固定鉗式制動器難以適應(yīng)現(xiàn)代汽車的使用要求，故70年代以來，逐漸讓位于浮鉗盤式制動器。浮動鉗式制動器的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進(jìn)一步靠近輪轂；（2） 沒有跨越制動噢案的油道或油管，加之液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；（3） 成本低浮動鉗的制動塊可兼用于駐車制動。經(jīng)過分析，浮動鉗式與固定鉗式制動器相比， 浮動鉗式制動器的優(yōu)點(diǎn)更為突出，成本低，冷卻條件好。所以本次設(shè)計(jì)采用浮動鉗式中的滑動鉗式制動器。2.3 盤式制動器的功用和要求制動器是汽車部件中不可缺少的一部分，它直接影響著行車中的安全，它的功用是：在汽車正常的行駛過程中能使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛或者停車，在下坡行駛時(shí)，又能使汽車可以保持適當(dāng)及穩(wěn)定的車速行駛，也能使其可靠地停在原地或坡道上。為保證離合器有良好的工作性能，對制動器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：1. 有足夠的制動能力。行車制動能力，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)評定，駐坡能力是指汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度；2. 在任何速度制動，汽車都不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性；3. 防止水和污泥進(jìn)入制動工作表面；4. 要求制動器制動能力的熱穩(wěn)定能力良好；5. 操縱輕便，并具有良好的隨動性。2.4 滑動鉗式制動器的工作原理圖2-2 滑動鉗式制動器工作原理如圖2-2所示，滑動鉗式制動器的制動鉗可以相對與制動盤做軸向滑動，其只在制動盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸。外側(cè)的制動塊固定在鉗體上。制動時(shí)，油液被壓入液壓缸中，活塞在液壓P1的作用下使活動制動塊壓靠到制動盤，而其反作用力P2則推動鉗體連同制動塊一起壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊受力均等為止，兩制動塊共同作用使車輪停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)不制動時(shí)，液壓快速下降，制動塊在彈力的作用下迅速向兩邊張開與制動盤分離。3 盤式制動器的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 制動力矩的計(jì)算圖 3-1 盤式制動器摩擦片幾何尺寸如圖3-1所示,若摩擦片與制動盤面接觸良好,且各處單位壓力分布均勻,則在任一單元面積上的摩擦力對制動盤中心的力矩為,式中q為摩擦片與制動盤之間的單位面積上的壓力,為摩擦片的摩擦系數(shù),則單側(cè)摩擦片作用于制動盤上的制動力矩為:則盤式制動器的總制動力矩為: （3.1）依據(jù)制動盤與輪缸液壓傳遞關(guān)系可得:式中:d為輪缸直徑(mm):p為輪缸中的壓強(qiáng)(MPa);為摩擦片內(nèi)半徑(mm):為摩擦片外半徑(mm);為摩擦片圓心角(rad)。故制動器力矩表達(dá)式可表示為: (3.2)令:通常將稱為制動盤的有效制動半徑。3.2 制動器表面溫升汽車制動時(shí),因速度降低所釋放的動能E可用下式表示: (3.3)式中: G整車重量(N);制動前車速(m /s); 制動后車速(m /s);S制動距離(m);下坡道路坡度角。能量E的一部分消耗在汽車的滾動阻力和空氣阻力上,其余部分則通過制動器轉(zhuǎn)換成熱能,它所占的比例Z可由下式表示: (3.4)式中: 汽車阻力引起的減速度: 汽車的制動減速度。制動時(shí)所產(chǎn)生的熱量引起制動器零件溫度上升,同時(shí)在行駛過程中零件表面逐漸向大氣散熱。在重復(fù)制動時(shí),每次制動所產(chǎn)生的熱量,不能及時(shí)散出,使制動器溫度逐步升高,但是因?yàn)樯釛l件的影響因素過多,而且因制動過程時(shí)間較短,熱量不易散出,可以從理論上認(rèn)為制動溫升由制動器吸收,而對于非金屬摩擦襯片,由于其絕熱性能所吸收的熱量很少,因此可以認(rèn)為絕大部分熱量被制動盤吸收,每制動一次后,制動盤的溫升為: (3.5)式中:A單個(gè)制動盤所分配的熱量占全部熱量的比例數(shù); J熱功當(dāng)量4.18(焦耳/卡);制動盤質(zhì)量(kg); 制動盤比熱(J/kgk)。其中可由下式?jīng)Q定:式中:D制動盤直徑(mm):a制動盤厚度(mm); 制動盤密度。3.3 摩擦片單位壓力設(shè)摩擦片任一點(diǎn)至制動盤軸線距離為,根據(jù)文獻(xiàn)8可得, 定義的摩擦片任一點(diǎn)單位壓力為:式中: 單個(gè)摩擦片摩擦面積(mm2); 為比例系數(shù),其值為:由上式可知,在和處, 分別達(dá)到其最大值和最小值,即摩擦片最大單位壓力為: (3.6)3.4 性能約束(1)制動力矩約束:汽車制動器制動力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩,否則會發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象而產(chǎn)生側(cè)滑,從而失去穩(wěn)定性,即: (3.7)式中:可靠系數(shù); 路面附著系數(shù);G整車重量(N),制動力分配系數(shù)。(2)摩擦片壓力約束:摩擦片應(yīng)達(dá)到要求的耐磨性或使用壽命,對于摩擦片最大許用單位壓力,一般按經(jīng)驗(yàn)取值,因此,由式(3.6)確定的摩擦片最大單位壓力不得超過許用單位壓力即: (3.8)(3)比能量耗散率約束:如果比能量耗散率過高,不僅會加快制動摩擦片的磨損,而且可能引起制動盤的龜裂,因此所施加的約束為: (3.9)式中:m整車質(zhì)量(kg);e為盤式制動器時(shí),取6.0;t為制動時(shí)間,可按下式計(jì)算:(4)油缸壓力約束:一般油缸內(nèi)的液壓應(yīng)小于外圍油缸所能承受的壓力,即: (3.10)(5)制動盤一次制動的體積溫升:依據(jù)文獻(xiàn)3,一次由va=8.33 m /s到完全停車的強(qiáng)烈制動,溫升應(yīng)不超過15C,即: (3.11)式中: 檢驗(yàn)溫升時(shí)的初始速度(m /s),一般取8. 33 m /s(6)結(jié)構(gòu)約束1) 2) 3) 4)d/2+/2+3 (R1+R2) /2 5)1.27 / 1.63 其中: 輪輞直徑(mm); 輪轂直徑(mm);輪缸厚度(mm);1、2、3分別為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間裕量(mm)。4 盤式制動器主要參數(shù)的確定4.1 制動盤直徑與厚度制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時(shí)制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%79%。總質(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限。根據(jù)實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的制動盤直徑D取200mm。制動盤厚度h對制動盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫度有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得很大；為降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動盤厚度可取1020mm，通風(fēng)式制動盤厚度取為2030mm。本次設(shè)計(jì)取厚度應(yīng)為20mm。4.2 摩擦襯塊半徑制動器摩擦襯塊在性能上應(yīng)滿足如下要求：1. 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要??；2. 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性；3. 密度要小，以減小從動盤轉(zhuǎn)動慣量；4. 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦；磨合性能好，不致刮傷制動盤表面。摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差太多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導(dǎo)致制動力矩變化大。4.3 制動襯塊面積對于盤式制動器襯塊工作面積A，根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.63.5kg/cm范圍內(nèi)選用。5 Solidworks的盤式制動器設(shè)計(jì)5.1 制動器零件的繪制（附主要零件的立體效果圖）本文針對建模總結(jié)了Solidworks軟件的一些使用技巧，簡述如下： 1. 建模之前，應(yīng)對模型，尤其是復(fù)雜模型作全局考慮，認(rèn)真周全地確定建模順序和方法； 2. 在進(jìn)行主要建模環(huán)節(jié)之前，應(yīng)仔細(xì)檢查尺寸，防止出現(xiàn)錯(cuò)漏。如果某部分尺寸遺漏或出錯(cuò)，那么在“抽空”操作后，可能會因該部分尺寸的錯(cuò)誤而造成設(shè)計(jì)全部報(bào)廢，從而影響開發(fā)進(jìn)度； 3. 對于復(fù)雜模型，應(yīng)將三維實(shí)體建模和二維圖生成結(jié)合使用。二維圖能較準(zhǔn)確地檢查空間不易檢查的尺寸，并可反過來驗(yàn)證實(shí)體建模的正確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題； 4. 在做了一系列實(shí)體后應(yīng)及時(shí)檢查參數(shù)，避免出錯(cuò)；5. 對于復(fù)雜零件應(yīng)多做備份。針對不同工作階段存儲相應(yīng)的文檔，以備文件丟失或損壞時(shí)可調(diào)用最近的相鄰文件重做。圖5-1 鉗體 圖5-2 活塞 圖5-3 放氣螺釘 圖5-4 制動盤 圖5-5 制動襯塊 圖5-6 支架 圖5-7 油封 圖5-8 防塵罩5.2 制動器的裝配圖圖5-9 制動器裝配圖5.3 制動器爆炸圖的生成（附立體效果圖）圖5-10 制動器爆炸圖5.4 制動器工程圖的生成（附總裝配圖）圖5-11 制動器工程圖結(jié) 論經(jīng)過大學(xué)三年的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)掌握了一定的專業(yè)知識，但在實(shí)際中的運(yùn)用還不是很熟練。為了能夠體現(xiàn)自己在大學(xué)三年里所學(xué)的知識，同時(shí)自己也對三維設(shè)計(jì)比較感興趣，因此就選擇了SolidWorks在盤式制動器設(shè)計(jì)中的運(yùn)用這個(gè)題目。在完成繪圖的過程中，讓我更加熟練了SolidWorks的運(yùn)用，并且在某些圖樣的繪制中我尋找到了一些更簡單的。同時(shí)自己的空間思維也得到了很大的提高。我本人也覺得大學(xué)生的畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)的制作對我們大學(xué)生來說是一次自身綜合知識很好的總結(jié)。我們綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本知識，基本技能在論文的寫作過程中得到拓寬、深化；提高了我們文獻(xiàn)資料收集、整理和使用的能力。也使我們的邏輯思維和語言表達(dá)能力得到了訓(xùn)練與提高；同時(shí)使我的寫作與歸納方面的能力也得到了提高，使我從中受益匪淺。致 謝本文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。在此，向她表示衷心的感謝！還要感謝幫助我的朋友，正是由于你們的幫助和支持，我才能順利完成本文。參考文獻(xiàn)1 張紅偉.汽車底盤構(gòu)造及維修M. 北京：高等教育出版社，2004.9.2 江洪.Solidworks2006基礎(chǔ)教材M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1.3 劉惟信. 汽車制動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)