钳盘式制动器三维设计（含三维SW模型+CAD图纸说明书）

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 摘 要 1 第1章 绪论 5 1.1汽车制动器作用 5 1.2汽车制动器分类 5 1.2.1钳盘式制动器 6 1.2.2全盘式制动器 7 1.3汽车制动器性能要求 7 1.3.1良好的制动效能 7 1.3.2制动效能恒定性 7 1.3.3制动方向稳定性 7 1.3.5制动平顺性 8 1.4盘式制动器设计流程 8 1.5车辆总布置参数选择 8 第2章 制动器主要零件参数设计与校核 9 2.1制动盘主要参数确定 9 2.1.1制动盘直径 9 2.1.2制动盘厚度 9 2.2摩擦衬块主要参数确定 9 2.2.1摩擦衬块内外半径确定 9 2.2.2摩擦衬块有效制动半径计算 10 2.2.3摩擦衬块面积计算 10 2.2.4摩擦衬块参数校核 11 2.3制动轮缸参数确定 13 第3章 制动器主要零件结构设计 14 3.1制动盘 14 3.1.1制动盘材料及加工要求 14 3.1.2制动盘分类及选择 14 3.2制动钳 15 3.3制动块 16 3.4摩擦材料 16 3.5制动器工作间隙 17 结 论 18 参考文献 19 致 谢 20 第1章 绪论 1.1汽车制动器作用 在我们平时实使用汽车的过程中，通常会出现一些不确定因素致使我们不得不采取紧急减速或者刹车的情况，因此制动刹车系统对于汽车的安全性能至关重要。通过分析车的行驶情况，可知当给车一个反作用力，即与行驶方向相反的力能够促使车实现减速或者刹车功能，其实能够让车减速或者停车的因素有很多，例如车在爬坡时的阻力、空气也会给车阻力等等，但是这些因素都是不可控的，因此要设计一个力能够在可控的情况助力车减速或者停车。而实现这一功能的终端装置,便是制动器。所以制动器的功能便是通过驾驶员施加在制动踏板上的力经过传动至制动器上，制动器将轮胎夹紧从而产生与车辆行驶方向的反作用力使得车辆减速或停车。 1.2汽车制动器分类 传统汽车制动器可规划为3种：行车制动系统、驻车制动系统以及应急、安全和辅助制动系统。因本次设计课题为钳盘式制动器设计，隶属于行车制动部分，所以将其作为重点，剩余两种不在过多介绍与解释。 行车制动器又称车轮制动器，原因是其工作原理是：车轮作为运动中的旋转元件，需要通过固定元件将其夹紧从而产生制动力矩使得车辆减速。在现在所有的汽车当中，汽车制动器主要分为鼓式制动器和盘式制动器两种。 图1.2.1 制动器分类示意图 1.2.1钳盘式制动器 钳盘式制动器，顾名思义其形状犹如钳子一样，钳子的两端夹紧部分为制动块，制动块是由直接与制动盘接触的摩擦块和金属背板所组成。为了提高制动性能，在每个制动器上，一般存在多个制动块以保证摩擦面积在每个制动器中，其数量最小为2块，最多为4块。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，称为制动钳。钳盘式制动器散热能力强，热稳定性好，故广泛应用于大多数轿车和轻型货车上。 定钳盘式制动器 工作原理：车桥上的制动钳是固定的，它既不能沿制动盘轴线方向移动，也不能旋转，因而其必须在制动盘两侧装有推进装置，俗称制动块促动装置（例如相当于制动轮缸的液压缸），以便两块制动块受力后能向中间挤压制动盘。 图1.2.2 定钳盘制动器结构示意图 1-制动盘，2-制动活塞，3-刹车片，4-刹车油，5-制动钳，6-转向节凸缘 如1.2.2图所示，定钳盘式制动器组成与工作顺序： 工作顺序：驾驶员踩踏制动踏板→制动液受到压力开始通过制动油管传输→制动液进入制动轮缸为其增加压力→制动活塞在制动液的作用下向制动盘移动→制动块受力挤压到制动盘上。这时制动盘就处于夹紧状态，产生与车辆行驶方向的反作用力，实现车辆制动。 浮钳盘式制动器 浮钳盘式制动器无论是在工作原理和安装位置上与定钳盘制动器均有不同，首先在安装位置上，浮钳盘制动器是可以移动的，其移动的方向是制动盘的轴向。 图1.2.3 浮钳盘制动器结构示意图 1-制动钳，2-导向销，3-制动钳支架，4-制动盘，5-固定制动块，6-活动制动块，7-活动摩擦块，8-活塞 如1.2.3图所示，浮钳盘式制动器组成与工作顺序： 工作顺序：驾驶员踩踏制动踏板→制动液受到压力开始通过制动油管传输→制动液进入制动轮缸为其增加压力→在制动液的作用下，活塞向活动制动块运动→活制动块在活塞的作用下与制动盘发生摩擦产生于活塞相反的力→制动钳沿着导向销2向右运动（活塞是固定在制动钳上）→固定制动块在制动钳的带动下向着制动盘方向运动并与其接触，产生摩擦。这时活动制动块与固定制动块全部挤压在制动盘上，产生与车辆行驶方向的反作用力，实现车辆制动。 1.2.2全盘式制动器 之所以称之为全盘式制动器，是因为其与钳盘制动器的不同，钳盘式制动器是以一点的摩擦带动整体减速，而全盘式制动器则是所有的工作面全部和制动块接触，正在摩擦面积从而增大阻力，所以在大型汽车上，因车辆重量较大，惯性恒大，所以要求制动系统能够产生更大的制动力，为此采用全盘式制动器。全盘式制动器摩擦副的固定元件和旋转元件都是圆盘形的，分别称为固定盘和旋转盘。 图1.2.4全盘式制动器结构示意图 1.3汽车制动器性能要求 为了保证汽车在行驶过程中的安全性，制动系必须满足下列要求。 1.3.1良好的制动效能 作为汽车中关乎安全的关键组成，对于其性能的指标，在GB/T7258中有明确的要求，在该国标中从四个方面定义了汽车的制动效能，分别是距离、减速度、力矩大小和时间长短。并根据这四项指标，制定了汽车制动检验项目和严格的汽车检验标准，即汽车台式制动性能试验。 1.3.2制动效能恒定性 制动效能指标评价共有两点：热衰退、水衰退。 热衰退是指在汽车在刚开始制动的情况下，即车辆在较为寒冷的情况下（制动器的工作温度小于100℃）讨论的。此时，若汽车需要长时间制动或者在车辆快速行驶时紧急制动，制动盘上的温度会大于300℃，甚至会大于600-700℃。一旦出现这种情况，制动器的摩擦力矩就会直线下滑，汽车的制动效能直线降低。所以，在制动性能试验中，会要求操作者以固定的车速连续踩踏制动踏板12-15次，每次的制动减速度为3m/s2，最后的制动效能不得低于规定的冷制动情况下制动效能的60%。 水衰退是指在汽车的制动器被水浸泡后，汽车的制动效能也会降低。为了保证行车安全，需将制动器上的水分迅速蒸发，这时需要制动钳和制动器有足够的接触以增加摩擦，用摩擦产生的热量蒸干制动盘上的水分，在汽车驾驶人员的数次踩踏制动踏板后，达到此效果。 1.3.3制动方向稳定性 在车辆行驶的过程中，由于车速较快，在突然踩踏制动踏板时，车轮抱死，这时汽车会失去控制，将会出现偏移预定行驶路线或向一侧滑动现象，严重时甚至会出现车身旋转180°，会给驾驶员造成严重的伤害。所以在车辆的紧急刹车过程中，车辆可以维持预定行驶路线及按预定弯道行驶的能力，称为汽车制动时的方向稳定性。 1.3.4操纵轻便 驾驶员在行车过程中，经常会使用制动踏板，为了保证驾驶员的操纵舒适性，踩踏制动踏板的力不应过大： 表1.2.5不同车型制动踏板力与行程要求 项目 轿车 货车 液压制动踏板力（N） ≤500 ≤700 踏板行程（mm） ≤120 ≤150 1.3.5制动平顺性 制动平顺性指的是在随着驾驶员踩踏制动踏板力的增加，作用在制动盘上的力矩相应增加，一旦驾驶员松开制动踏板，作用在其上的力可以迅速解除。 1.4盘式制动器设计流程 盘式制动器设计流程： 1. 确定盘式制动器主要形式； 2. 根据所选制动器类型选择相应车辆总布置参数； 3. 根据车辆相关参数初选制动器部件主要参数； 4. 根据初选制动器主要部件参数计算整车制动性能是否符合要求； 5. 初选参数符合要求后，进行详细的结构设计和计算。 6. 车辆总布置参数选择 本次设计主要参照了国内某品牌小轿车的技术参数，确定了如表1.5.1所示的主要技术参数，主要对该车的前制动器进行计算。 表1.5.1 主要技术参数 整备质量 m=1400kg 满载总质量 m=2250kg 质心高度 空载 hg=640mm 满载 hg=670mm 汽车质心离前轴的距离 空载 L1=1080mm 满载 L1=1345mm 汽车质心离后轴的距离 空载 L2=1635mm 满载 L2=1370mm 轴距 L=2715mm 最高车速 Vmax=190km/h 轮距 前轮 1555mm 后轮 1535mm 轮胎 185/65R16 同步附着系数 0.6 轴荷 1315/1690 车轮工作半径 357mm 第2章 制动器主要零件参数设计与校核 2.1制动盘主要参数确定 2.1.1制动盘直径 根据汽车设计中汽车制动系统设计讲述，得知制动系统的性能与制动有效半径呈正比，而制动有效半径的大小与制动盘的大小有着直接关系，所以理论上说制动盘的直径越大越好。但是在车辆实际设计生产过程中，收到了轮胎轮辋大小的限制，制动盘的直径必须小于轮胎轮辋的直径。通常，制动盘在设计过程中制动盘直径为轮辋直径的的70%～79%，由于本次毕业设计所选择车辆的满载总质量为2250kg，所以在制动盘设计过程中，制动盘直径为轮辋直径的79%。 本设计的盘式制动器因轮辋直径为16英寸，经计算得到制动盘直径，所以制动盘直径取320mm，如图2.1.1所示： 图2.1.1 制动盘直径 2.1.2制动盘厚度 制动盘的质量和汽车在制动过程中温度的变化直接受到制动盘厚度的影响。制动盘分为两种，一种是实心式一种是通风式。通过汽车设计一书了解[1]，通风式制动盘的厚度通常在20-30mm之间，再设计制动盘厚度的过程中，必须控制制动盘质量和保证制动盘升温。本次毕业设计制动盘采用通风式制动盘，厚度取25mm，如图2.1.2所示： 图2.1.2 制动盘厚度 2.2摩擦衬块主要参数确定 2.2.1摩擦衬块内外半径确定 经过查阅汽车设计[1]得知摩擦衬片的外半径与内半径的关系。 外半径/内半径≤1.5，反之会导致在制动过程中的磨损不均与情况，时间长则会导致摩擦衬片所受制动力矩增大，甚至出现刹车失灵情况。由于本次设计制动盘的半径为160mm，所以暂定本次设计摩擦衬片的外扇形半径=156mm，如图2.2.1所示： 图2.2.1 摩擦衬块内外半径 根据外半径/内半径≤1.5的比值关系，取比值1.44，经计算得摩擦衬块内半径=108mm，如图2.2.1所示： 由上可知摩擦衬块平均半径mm 2.2.2摩擦衬块有效制动半径计算 现假设制动器工作状态良好，则盘式制动器摩擦衬块有效半径： 其中,此处取有限半径Rf=130mm。 2.2.3摩擦衬块面积计算 经查阅资料[10]，得到制动器摩擦衬块面积选择范围，如下表2.2.3所示： 表2.2.3 摩擦衬块面积要求范围 汽车类别 汽车总质量 ma/t 单个制动器总的衬块摩擦面积 轿车 0.9-1.5 100- 1.5-2.5 -300 1.0-1.5 120- 1.5-2.5 150-250 客车与货车 2.5-3.5 250-400 3.5-7.0 300-650 7.0-12.0 550-1000 12.0-17.0 600-1200 摩擦衬块单位面积与汽车质量成一定关系，推荐在1.6kg/cm2～3.5kg/cm2范围内选取，通过以下公式计算可得到单个前制动器总的摩擦衬块摩擦面积为： 得到： 根据前期设计的摩擦衬块的大小，其面积数值在范围之内，最后取： 2.2.4摩擦衬块参数校核 在这一节中，我们将验证上述几个小节的参数是否正确。在验证之前我们需求解一些所需参数。校核摩擦衬块的内外半径时，需要我们前轮实际制动力矩是否符合该车型前轮所需制动力矩要求。 2.2.4.1前后轮制动分配系数计算 汽车在水平路面上行驶时，受到多个单位给其的力与方向，具体受力情况如下图2.2.4所示，该图表达了汽车在水平路面上正常行驶时受到的所有力与方向： 图2.2.4 制动时的汽车受力图 汽车的最大制动力指的是汽车在满载时其汽车附着质量完全被利用，此时地面对前轮的反作用力Z1和对后轮的反作用力Z2的比值与前后轮制动力成正比，即前后轮同时抱死时制动力之比： 式中：—汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N； —汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N； —汽车轴距，mm； —汽车质心离前轴距离，mm； —汽车质心离后轴距离，mm； —汽车质心高度，mm； —同步附着系数，取0.8 通过计算出前后轮抱死时制动力之比，可计算出前后轮制动力分配系数： 2.2.4.2前轴最大制动力矩计算 前轴最大制动力矩计算公式： 式中：—后轴最大制动力矩，Nm； 式中：—轮滚动半径= q-制动强度= 由上述两公式可以计算出前轴最大制定力矩 根据所初选计算的数据计算前轴实际制动力矩： 式中：—摩擦系数=0.4； —摩擦衬块扇形弧度角的一半，取值为pi/6； —前制动器衬块与制动盘之间单位压力=3N/mm2，取值为pi/6； 最终求得 故摩擦衬块内外半径设计满足要求。 2.2.4.3比能量耗散率 为了验证该摩擦衬块的面积是否符合要求，需计算出该盘式制动器的比热量耗散率是否符合要求，该车辆属于双轴车辆，其单个前轮的比热量耗散率为： 式中v1，v2代表汽车制动时的初始速度和结束速度，m/s，查阅资料可得知v1=100km/h，v2=0km/h； J为制动减速度，取0.6g。 综上所述，比热量耗散率` 通过查询资料可知，比能量耗散率针对通过盘式制动器制动的车辆来说，其值应≤。若计算得到该值≥，汽车在长时间制动后会出现摩擦衬片磨损严重情况，导致制动盘出现裂痕，严重时会发生刹车失灵现象，出现安全事故问题。故设计符合要求。 2.3制动轮缸参数确定 制动轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的缸体由灰铸铁HT250制成。其缸筒为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。多数制动轮缸有两个等直径活塞；此盘式制动器用一个单活塞制动轮缸推动，制动轮缸直径计算公式： 式中：—单侧制动块对制动盘压紧力，N； —轮缸压力=10Mpa； —摩擦系数，0.4； 按照国标7524-84中规定，轮缸直径的标准尺寸有：14.5 16 17.5 19 22 24 25 28 30 32 35 38 40 45 50 55mm,根据计算结果34.66mm，选取轮缸直径35mm，如图2.2.5所示： 图2.2.5 制动轮缸直径 通过制动轮缸直径可求出前制动器单个轮缸工作容积： 式中：—轮缸活塞数量=1； —完全制动活塞行程=1mm 第3章 制动器主要零件结构设计 3.1制动盘 3.1.1制动盘材料及加工要求 在车辆制动时，制动盘作为主要的受力点，其制作材料对强度、热稳定性、吸水性有很高的要求，所以制动盘一般采用铸件结构，本次设计采用制动盘材料为灰铸铁HT250。 制动盘在加工过程中，有着严格的数据要求，首先需要保证制动盘表面光滑无震纹，制动盘左右两侧的外表面平行度应小于等于0.02mm，制动盘的表面光洁度应小于等于0.1mm，如图3.1.1所示: 图3.1.1制动盘加工要求 3.1.2制动盘分类及选择 在结构上设计上，可分为以下两个方面：结构形式和通风形式 （1）.结构形式： 平板式和礼帽式。平板式一般用于货车使用，多数是作为全盘式制动器的结构。礼帽式一般用于小轿车使用，多数是作为钳盘式制动器的结构。本次是设计采用礼帽式，如图3.1.2所示： 图3.1.2 礼帽式制动盘 （2）.散热形式 制动盘在制动过程中发热严重，所以制动盘需要良好的散热形式。制动盘一般分为实心式和一体通风式、打孔通风式，如表3.1.3所示 表3.1.3 不同形式盘类对比 实体盘 通风盘 打孔通风盘 热衰退性能 较鼓式制动器稍好 较实体盘稍好 最好 制动性能 一般 高速制动时表现优越 激烈驾驶时，较其他两种较好 价格 最低，市场占有率大 居中 最高，应用于高级轿车 根据表3.1.3，本次钳盘式制动器选择通风盘类型，如图3.1.4所示： 图3.1.4 通风式制动盘 3.2制动钳 制动钳属于制动器中较为重要的部件，因为在制动过程中制动钳的强度决定了制动器的稳定性。当今汽车上的制动钳材料主要采用以下三种：球墨铸铁、可锻铸铁和铝合金材料压铸而成。 制动钳主要分为两种形式：整体式和分体式，其中分体式是通过螺栓连接。而制动油缸一般与制动钳是一体的，在铸件过程中将两者合并，在机加工过程中一起加工出来。也有小部分制动器将制动钳和制动或油缸组成分体件，制动油缸嵌入制动钳中。 制动钳可安装在半轴前方也可安装在半轴后方，安装在半轴前方时，可有效避免汽车行驶时，车轮甩出的污泥和污水进入制动钳，安装在半轴后方时，可减少车轮轮毂轴承的合成载荷。 本次设计制动钳位于车轴前，制动油缸位于制动钳里侧，随制动钳一起加工出来，这样活塞制作成圆柱形，减小接触面积，如图3.1.5所示： 图3.1.5制动钳 3.3制动块 制动块是的组成及组装方式：由摩擦衬块和背板组成；两者的组装方式是铆接式。 其中，大多数的摩擦衬块形状为扇形，为避免摩擦衬块外围发生卷角产生噪音，活塞应尽可能多的压住制动块。制动块背板大多由钢板材料制成，为了降低热传导和减少噪音，通常会在摩擦衬块与背板中间喷涂层隔热减震胶，如图3.1.6所示 背板 摩擦衬块 图3.1.6制动块 3.4摩擦材料 针对车辆的摩擦材料的选择，一般有以下几点要求： 1）材料稳定性：制动盘从开始制动到制动结束时会产生较大的温度变化，在这一系列的操作过程中，要始终保证车辆的摩擦系数不会出现大幅度变化，否则会出现刹车失效情况。所以要求摩擦材料稳定性要好。 2）材料耐磨性：制动盘工作时，摩擦衬片会受到制动钳的作用力和制动盘的反作用力，必须保证在制动过程中摩擦衬片无变形。 3）材料吸水性：车辆在使用过程中涉水现象经常发生，必须保证车辆在涉水后制动性能的稳定性，所以要求摩擦材料的吸水率要低； 4）环保要求：车辆在制动过程中，不能出现分贝过高的声音和刺激性气味以及对人体有害的无色无味气体。 通过查找资料得到不同材料的性能对比，如表3.1.7所示: 表3.1.7摩擦材料性能对比 材料 性能 有机类 无机类 材料 编织物 石棉 半金属 金属 金属陶瓷 硬度 软 硬 硬 极硬 极硬 密度 小 小 中 大 大 承受负荷 轻 中 中-重 中-重 重 摩擦系数 中-高 低-高 低-高 低-中 低-高 摩擦系数稳定性 差 良 良 良-优 优 耐磨性（常温） 良 良 良 中 中 耐磨性（高温） 差 良 良 良-优 优 机械强度 中-高 低-中 低-中 高 高 热传导性 低-中 低 中 高 高 抗震鸣 优 良 中-良 差 差 抗颤振 中-良 中 对偶性 优 良 中-良 差 差 成本 中-高 低-中 中-良 高 高 各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取0.3～0.5。本设计的摩擦材料的摩擦系数取f=0.4。综合材料的要求及价格等各方面的考虑，本次设计摩擦衬块材料选择为半金属材料粉。 3.5制动器工作间隙 在车辆的正常行驶情况下，需要保证制动盘和与摩擦衬块之间存在相对距离，此距离不能过大也不宜过小，在生产加工过程中需要使用加工中心进行精加工，制动盘与摩擦块的整体厚度偏差值不得过大，这样才能保证摩擦衬块和制动盘之间的间隙，本次单侧间隙设置为5mm，如图3.1.8所示： 图3.1.8制动盘总装图 结 论 本文第一章介绍制动器的功能和分类、制动器的性能要求，同时介绍一下本文的研究思路；第二章和第三章主要是进行钳盘式制动器的关键零部件选型，关键尺寸设计，完成此步骤后，通过整车参数计算各种数据来验证所设计的钳盘式制动器各类参数是否符合要求进而得出的以下结论。 1.在进行资料查阅和学习的过程中，从车辆配置方面来说，我国现在还无法普及稳定性和可靠性最好的制动器类型，无论是从技术角度还是制造成本角度来说，该项技术均与国外存在着差距，这样的问题不仅给我们当代大学生提供了挑战，更是给我们提供了机遇，对于机械化工程毕业的我来说，我以后将会投身到车辆发展行业，奉献出自己的力量，争取为我国车辆工程的发展添砖增瓦。 2.在进行盘式制动器设计的过程中，我采用的方法是选取适当的车辆参数，根据参数计算出相应零部件的尺寸，在计算完尺寸后进行制动力矩的验证，以确保设计的制动器符合国标要求，在这一过程中，虽然走了很多弯路，反反复复的选型和计算，但是为以后的道路增加了经验，让我更加深刻的体会到作为一个设计师的责任与担当。 3.在应用计算机辅助软件进行建模，发现零件建模的方法很多。怎样才能发现最优方法，这是关键。如果你选的方法好，你就会少用许多的时间，甚至会少一倍的时间。经过近两个月的时间将所有的三维实体生成雏形，同时也由于对有些操作的不熟悉，导致费了很多时间查询资料，了解相应的操作步骤。后生成雏形，虽有些不足，到经过后来的修改，尽可能的完善了模型，虽还是耗了很多时间，但相对SolidWorks建模速度已经有了一定程度的提高，同时也学习了新的操作命令。完成所有零件的建模并出具二维工程图。 参考文献 [1]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社, 2001. 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