车辆工程毕业设计论文-基于有限元比亚迪f3制动器的设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于有限元比亚迪f3制动器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

取 D=300mm。 制动鼓壁厚 制动鼓壁厚的选取主要是从其刚度和强度方面考虑。 壁厚取大些也有利于增大其散热容量，但试验表明，壁厚由 11mm 增至 20mm 时，摩擦表面的平均最高温度变化并不大。 一般铸造制动鼓的壁厚： 轿车制动鼓壁厚取为 7—12mm。 货车取为 13—18mm。 本设计取制动鼓厚度为 n=10mm。 制动鼓有铸造的和组合式两种。 铸造制动鼓多选用灰铸铁，具有机械加工容易、耐磨、热容量大等优点。 为防止制动鼓工作时受载变形，常在制动鼓的外圆周部分铸有肋，用来加强刚度和增加散热效果。 精确计算制动鼓壁厚既复杂又困难，所以常根据经验选取。 摩擦衬片的宽度和包角 摩擦衬 片宽度尺寸 b 的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。 衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。 制动鼓半径 R 确定后，衬片的摩擦面积为 Ap=Rβb () 式中 : θ 以弧度（ rad）为单位。 制动器各蹄衬片总的摩擦面积 ∑Ap 越大，制动时所受单位面积的正压力和 16 能量负荷越小，从而磨损特性越好。 试验表明，摩擦衬片包角 β=90176。 ～ 100176。 时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。 β 角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。 实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺，容易使制动器发生自锁。 因此，包角一般不宜大于 120176。 取 ： β=108176。 衬片宽度 b 较大可以减少磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。 制动器各蹄摩擦衬片总摩擦面积越大，则制动时产生的单位面积越小，从而磨损也越小。 根据 中华人民共和国专业标准 QC/T 309—1999 《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列》， 对于（ ~） t 的轿车，单个制动器总的摩擦面积 Ap 为（ 100~200） cm2,见表。 这里取： Ap=150cm2.， b=64mm。 表 31 衬片摩擦面积 汽车类别 汽车总质量 m/t 单个制动器的衬片摩擦面积 A /cm2 轿车 ~ ~ 100~200 200~300 客车与货车 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 120~200 150~250 250~400 300~650 550~1000 600~1500 摩擦衬片的起始角 一般将衬片布置在制动碲的中央，即令 0 =90176。 － 2β。 有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善磨损均匀性和制动效能。 此设计中 令 0 =90176。 － 2β　 =90176。 － 2108　 =36176。 17 摩擦衬片的摩擦系数 摩擦片摩擦系数对制动力矩的影响很大，选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。 不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性的要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。 各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为 ～ ，少数可达。 一般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈差。 所以在制动器设计时并非一定要追求高摩 擦系数的材料。 当前国产的制动摩擦片材料在温度低于 250℃ 时，保持摩擦系数 ~f 已无大问题。 本设计取 f =。 制动鼓摩擦衬片的摩擦系数 制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。 制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料向匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面摩擦均匀。 中型，重型载货汽车和中型、大型客车多采用灰铸铁 HT200或合金铸铁制造的制动鼓；轻型货车和一些轿车则采用钢板冲压成形的辐板与铸铁鼓筒部分铸成一体的组合制动鼓；带有灰铸铁内鼓筒的铸铝合金制动鼓在轿车上得到了日益广泛的应用；铸铁内鼓筒与铝合金也是铸到一起的，这中内镶一层珠光体组织的灰铸铁作为工作表面，其耐磨性和散热性都很好，而且减少了质量。 本设计采用的制动鼓材料：铸铁内鼓筒与铝合金铸到一起 制动蹄 轿车和微型，轻型载货汽车的制动蹄管饭采用 T 形型钢碾压或钢板冲压 焊接制成；大吨位载货汽车的制动蹄则 多采用铸铁、铸钢或铸铝合金制成。 制动蹄的结构尺寸和断面形状应保证其刚度好，单小型车用钢板制的制动蹄腹板上有时开有一、两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与制动鼓之间的接触压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。 制动 蹄腹板和翼 缘的厚度， 轿车的约 为 3mm~5mm； 货 车的约 为5mm~8mm。 摩擦片的厚度，轿车的多为 ~5mm。 本设计制动蹄选用： T 形 HT200 18 制动蹄腹板厚度： 5mm 制动蹄翼缘厚度： 5mm 摩擦衬片厚度： 5mm 制动底板 制动底板是除制动 鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。 制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应该有足够的刚度。 刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程增大，衬片磨损也不均匀。 本设计底板的材料： HT200 后轮制动轮缸直径与工作容积的设计计算 pPdw 2 （ ） 式中： p—考虑到制动力调节装置作用下的轮缸或灌录液压， p=8Mp～ 12Mp。 取： p=10Mp 经 查 比亚迪 F3 轿车使用与维护手册得： P=7065N 所以： 70 652 wd=30mm 根据 GB752487 标准规定的尺寸中选取 ,因此轮缸直径为 30mm[5]。 一个轮缸的工作容积wV 根据公式  n ww dV 1 24  （ ） 式中：wd——一个轮缸活塞的直径； n——轮缸活塞的数目； δ——一个轮缸完全制动时的行程： 4321   初步设计时 δ 可取 δ=2mm 式中： 1——消除制动蹄与制动鼓间的间隙所需的轮缸活塞行程。 19 2——由于摩 擦衬片变形而引起的轮缸活塞。 3， 4——分别为鼓式制动器变形与制动鼓变形而引起的轮缸活塞行程。 得一个轮缸的工作容积：   21 21 =2826mm3 制动性能评价指标 汽车制动性能主要由以下三个方面来评价： （ 1）制动效能，即制动距离和制动减速度； （ 2）制动效能的稳定性，即抗衰退性能； （ 3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力的性能 [6]。 制动效能 制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的 制动距离或制动时汽车的减速度。 制动效能是制动性能中最基本的评价指标。 制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好 [9]。 制动效能的恒定性 制动效能的恒定性主要指的是抗热衰性能。 汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。 因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。 制动时汽车的方向稳定性 制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车给定路径行驶的能力来评价。 若制动时发生 跑偏、侧滑或失去转向能力。 则汽车将偏离原来的路径。 制动过程中汽车维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。 影响方向稳定性的包括制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力三种情况 [6]。 制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，汽车将偏离给定的行驶路径。 因此，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价汽车制动时的方向稳定性，对制动距离和制动减速度两指标测试时都要求了其试验通道的宽度。 20 方向稳定性是从制动跑偏、侧滑以及失去转向能力等方面考验。 制动跑偏的原因有两个： （ 1）汽车左右车轮，特别是转向轴左右车 轮制动器制动力不相等。 （ 2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。 前者是由于制动调整误差造成的，是非系统的。 而后者是属于系统性误差。 侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。 最危险的情况是在高速制动时后轴发生侧滑。 防止后轴发生侧滑应使前后轴同时抱死或前轴先抱死后轴始终不抱死 [7]。 理论上分析如下，真正的评价是靠实验的。 制动器制动力分配曲线分析 对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载荷情况及路面附着系数和坡度等因素，当制动 器制动力足够时，制动过程可能出现如下三种情况： （ 1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。 （ 2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。 （ 3）前、后轮同时抱死拖滑。 所以，前、后制动器制动力分配将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。 根据所给参数及制动力分配系数，绘制出制动力分配曲线如图 ： 当 I 线与 β线相交时，前、后轮同时抱死。 当 I 线在 β线下方时，前轮先抱死。 当 I 线在 β线上方时，后轮先抱死 制动减速度 制动系的作用效 果，可以用最大制动减速度及最小制动距离来评价。 1 2 1 2 I 线 线（满载） I 线（满载） I 线（空载） = B 0 Fb1/KN FB2/KN 图 轿车的 I 曲线和  线 21 假设汽车是在水平的，坚硬的道路上行驶，并且不考虑路面附着条件，因此制动力是由制动器产生。 此时j=mrM r/总 式中：总—汽车前、后轮制动力矩的总合。 总M= M1+ M 2=785+1600=2385Nm （ ） r —滚动半径 r =370mm Ga—汽车总重 Ga=1200kg 代入数据得j=(785+1600)/1200= m/s2 轿车制动减速度应在 —7m/s2,所以符合要求。 制动距离 在匀减速度制动时，制动距离 S 为 S=1/（ t12+ t12/2） Va+ Va2/254 （ ） 式中： t12—消除蹄与制动鼓间隙时间，取 t12—制动力增长过程所需时间取 故 S=1/（ + ） 30+ 302/254= 轿车的最大制动距离为： S T=+V2/150 V 取 30km/小时： S T=30+302/150=9m SS T 所以符合要求。 摩擦衬片的磨损特性计算 摩擦衬片的磨损与摩擦副的材质，表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。 但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素 [12]。 汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。 在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。 此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。 此即所谓 制动器的能量负荷。