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1、第2章 制動(dòng)器理論分析2.1 設(shè)計(jì)原始參數(shù)1.在水平干硬路上面上，制動(dòng)器在額定載荷下制動(dòng)時(shí)制動(dòng)初速度Vo=20km/h,制動(dòng)距離小于等于8m。2.車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16o時(shí)保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量4000kg,整車整備質(zhì)量3000kg。3.車輛應(yīng)設(shè)置工作制動(dòng)，工作制動(dòng)的最大靜態(tài)制動(dòng)力應(yīng)大于整車的最大質(zhì)量的50%。4.車輛應(yīng)設(shè)置停車制動(dòng)，停車制動(dòng)應(yīng)在車輛運(yùn)行和動(dòng)力停止運(yùn)行時(shí)均起作用。停車制動(dòng)裝置要保證車輛在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在最大為16O的坡道上能保持靜止?fàn)顟B(tài)。2.2 汽車制動(dòng)性能汽車制動(dòng)性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是汽車檢測(cè)診斷的重點(diǎn)。汽車具有良好
2、的制動(dòng)性能，遇到緊急情況，可以化險(xiǎn)為夷；在正常行駛時(shí)，可以提高平均行駛速度，從而提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率。汽車制動(dòng)性能通常是由制動(dòng)效能、制動(dòng)效能恒定性和制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性這三個(gè)方面來評(píng)價(jià)的。制動(dòng)效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動(dòng)性能最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。它是由制動(dòng)力、制動(dòng)減速度、制動(dòng)距離、和制動(dòng)時(shí)間來評(píng)定；制動(dòng)距離是指車輛在規(guī)定的初速度下急踩制動(dòng)時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板(或手觸動(dòng)制動(dòng)手柄)時(shí)起至車輛停住時(shí)止，車輛駛過的距離。制動(dòng)距離與踏板力以及地面的附著情況有關(guān)；制動(dòng)距離越短性能越好；制動(dòng)減速度反映了制動(dòng)時(shí)汽車速度降低的速率，與地面制動(dòng)力與制動(dòng)器制動(dòng)力有關(guān)，制動(dòng)減速度越小性能越好；制動(dòng)時(shí)間是
3、制動(dòng)過程所經(jīng)歷的時(shí)間，時(shí)間越短性能越好。制動(dòng)效能恒定性是指制動(dòng)器的抗熱衰退性和抗水衰退性；抗熱衰退性能是防止車輛高速制動(dòng)、短時(shí)間重復(fù)制動(dòng)或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度上升，摩擦力矩顯著下降這些現(xiàn)象。水衰退性是指當(dāng)車輛涉水后，制動(dòng)器因?yàn)檫M(jìn)水使其短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)效能降低這種現(xiàn)象，這是由于制動(dòng)器進(jìn)水后摩擦系數(shù)下降，使其制動(dòng)效能降低，不過由于制動(dòng)器工作時(shí)會(huì)散熱，就會(huì)使水迅速蒸發(fā)，使得制動(dòng)效能恢復(fù)。制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性是指制動(dòng)時(shí)汽車按給定軌跡的行駛能力，即防止汽車制動(dòng)時(shí)跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力。但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)車速要求為20km/h,一般不會(huì)發(fā)生此類現(xiàn)象，根據(jù)設(shè)計(jì)原則故不作參考。2.3 制動(dòng)時(shí)詳細(xì)分析2.3.1
4、 制動(dòng)時(shí)受力分析 圖2-1 受力分析車輪制動(dòng)器的摩擦力矩（Nm） 地面制動(dòng)力（N）車輪對(duì)地面的作用力（N） 車輪半徑（m） 地面對(duì)車輪的支持力（N）車軸對(duì)車輪的作用力（N）說明：前橋和后橋載荷分配時(shí)1:1。根據(jù)圖2-1所示 和是一對(duì)作用力和反作用力，所以有：。2.3.2 地面制動(dòng)力地面制動(dòng)力是使汽車制動(dòng)減速行駛的外力，它取決于：1.制動(dòng)器內(nèi)的摩擦片、制動(dòng)盤的摩擦力矩。2.輪胎與地面之間的切向作用力，即附著力。附著力的極限值有取決于摩擦系數(shù)f。 制動(dòng)時(shí) 沒有制動(dòng)時(shí) 2.3.3 制動(dòng)器制動(dòng)力的分析制動(dòng)器制動(dòng)力是指在輪胎周圍殼服制動(dòng)器摩擦力矩所需要的力；即。影響制動(dòng)器的制動(dòng)力的因素是地面制動(dòng)力和制動(dòng)
5、器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定；它取決于制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，而制動(dòng)器的摩擦副的摩察系數(shù)與車輪半徑有關(guān)，并與制動(dòng)器踏板力FP及制動(dòng)器的液壓或氣壓成正比。對(duì)于地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力、地面附著力關(guān)系一般情況下只考慮制動(dòng)時(shí)車輪做滾動(dòng)和抱死兩種情況：1汽車制動(dòng)車輪滾動(dòng)時(shí)：地面制動(dòng)力 = 制動(dòng)器制動(dòng)力FU。2車輪抱死拖滑是：地面制動(dòng)力為極限值你，并且小于地面附著力。即： 所以地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力、地面附著力的關(guān)系如圖所示：圖2-2由圖可知首先取決于，但又受附著條件限制，只有當(dāng)汽車內(nèi)具有足夠的制動(dòng)氣制動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供較大的附著力時(shí)才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。2.3.4 附著系數(shù)f附著系數(shù)是指輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般用平
6、均附著系數(shù)，峰值附著系數(shù)，滑動(dòng)附著系數(shù)來衡量，在水平干硬路面上的平均附著系數(shù)見下表：表2-1瀝青混凝路面平均附著系數(shù)峰值附著系數(shù)干0.80.90.75濕0.50.70.450.7附著系數(shù)高的路面，車子不容易打滑，行駛安全；附著系數(shù)低的路面，車子容易打滑，比如雪地，冰面等等。附著系數(shù)取決于道路的材料，路面狀況，花紋材料，輪胎結(jié)構(gòu)以及車輛運(yùn)動(dòng)速度等。2.3.5 制動(dòng)車輛制動(dòng)效能1 制動(dòng)減速度:在不同路面上制動(dòng)時(shí)，地面制動(dòng)力有所不同，但考慮到最大附著力時(shí)地面制動(dòng)力1.不考慮制動(dòng)延遲時(shí)的制動(dòng)減速度： (2-1)2.考慮制動(dòng)器延遲時(shí)間時(shí)的制動(dòng)減速度：表3-1 制動(dòng)類型延遲時(shí)間的選取制動(dòng)類型時(shí)間彈簧制動(dòng)0
7、.5s液壓盤式制動(dòng)0.35s多片制動(dòng)0.17s氣壓制動(dòng)0.40.8s鼓式制動(dòng)0.75s選取彈簧制動(dòng)由表（3-1）知延遲時(shí)間為0.5s，得到： (2-2)此時(shí)因制動(dòng)延遲運(yùn)行的制動(dòng)距離為： (2-3)由（3-1）、（3-2）知最大制動(dòng)減速度: (2-4) 可見決定制動(dòng)器距離的主要因素是：制動(dòng)器起作用的時(shí)間和最大制動(dòng)減速度。2.3.6 制動(dòng)器制動(dòng)力的比例關(guān)系1.地面對(duì)前后輪法向反作用力、決定于、，如圖所示： 圖2-32.力和力矩的關(guān)系以為研究對(duì)象，力和力矩的平衡方程式： (2-5)以為研究對(duì)象，力和力矩的平衡方程式： (2-6)聯(lián)立（2-5）、（2-6）得到 (2-7) (2-8)考慮到極限情況（前
8、后輪抱死制動(dòng)）：此時(shí)： （2-9）把（2-9）代入（2-7）、（2-8）得到： （2-10）此時(shí)制動(dòng)器制動(dòng)力取得極限值 第3章 濕式多盤式制動(dòng)器的計(jì)算3.1 全封閉濕式多盤制動(dòng)器設(shè)計(jì)原則1.在水平干硬路上面上，制動(dòng)器在額定載荷下制動(dòng)時(shí)制動(dòng)初速度Vo=20km/h,制動(dòng)距離小于等于8m。2.車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16o時(shí)保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量8000kg,整車整備質(zhì)量8000kg，總載荷為16000kg。3.車輛應(yīng)設(shè)置工作制動(dòng)（使車輛減速及至停止行駛的制動(dòng)情況），工作制動(dòng)的最大靜態(tài)制動(dòng)大于50%整車的最大質(zhì)量。4.車輛應(yīng)設(shè)置停車制動(dòng)（使車輛在平路或坡道上靜止不動(dòng)的制動(dòng)情況），停車制動(dòng)
9、應(yīng)在車輛運(yùn)行和停止運(yùn)行時(shí)都起作用，停車制動(dòng)裝置要保證在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在坡度為160坡道上可以保持靜止?fàn)顩r。5.要保證車輛可以緊急制動(dòng)（使車輛在緊急狀況下迅速停止行駛的制動(dòng)情況）。6.行車制動(dòng)：使車輛減速及至停止的制動(dòng)情況； 駐車制動(dòng)：使車輛在平路上或者坡道上靜止不動(dòng)的情況； 緊急制動(dòng)：使車輛迅速制動(dòng)且停止的情況；7.車輛輪胎半徑： 已知輪胎的型號(hào)為：11.00-20，半徑為0.519m； 輪胎半徑：自由半徑未裝車成品輪胎； 靜力半徑承受最大載荷時(shí)輪胎中心到地面的距離； 運(yùn)動(dòng)半徑測(cè)量輪胎走過n圈的路程，3.2 整車制動(dòng)力矩計(jì)算3.2.1 制動(dòng)減速度的計(jì)算 1.不考慮制動(dòng)延遲時(shí)
10、的制動(dòng)減速度： (3-1)2.考慮制動(dòng)器延遲時(shí)間時(shí)的制動(dòng)減速度：表2-1 制動(dòng)類型延遲時(shí)間的選取制動(dòng)類型時(shí)間彈簧制動(dòng)0.5s液壓盤式制動(dòng)0.35s多片制動(dòng)0.17s氣壓制動(dòng)0.40.8s鼓式制動(dòng)0.75s選取彈簧制動(dòng)由表（2-1）知延遲時(shí)間為0.5s，得到： (3-2)此時(shí)因制動(dòng)延遲運(yùn)行的制動(dòng)距離為： (3-3)由（2-1）、（2-2）知最大制動(dòng)減速度: (3-4)3.2.2 整車所需的最大制動(dòng)力矩的計(jì)算 1.按制動(dòng)減速度計(jì)算整車制動(dòng)力矩:整車工作質(zhì)量（kg）輪胎半徑（m）最大制動(dòng)減速度(m/s2)所以： （3-5）2.按整車在160的坡道上駐車制動(dòng)計(jì)算整車制動(dòng)力矩: (3-6)選取最大整車制
11、動(dòng)力矩： （3-7）考慮一定的制動(dòng)扭矩設(shè)備，儲(chǔ)備系數(shù)為1.21.4,取1.3；可得知整車最大制動(dòng)力矩為: （3-8）按照制動(dòng)時(shí)載荷分配可知制動(dòng)前后橋所需制動(dòng)力矩為： （3-9）因?yàn)閭鲃?dòng)軸式濕式制動(dòng)器有輪邊減速比，所以制動(dòng)前后橋所需制動(dòng)力矩為：3.2.3 前后橋制動(dòng)器的制動(dòng)力:1.一個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力： （3-10）摩擦系數(shù)0.080.1，取0.085 摩擦副個(gè)數(shù)414 折減系數(shù)摩擦副等效作用半徑（mm）2.等效作用半徑: (3-11)其中摩擦片的外半徑 摩擦片的內(nèi)半徑式3-11求得： 3.摩擦副個(gè)數(shù)與折減系數(shù)關(guān)系:表3-1n24681012k0.990.980.970.960.950.94取摩擦
12、副個(gè)數(shù)10，折減系數(shù)0.95。4.制動(dòng)力：根據(jù)式（3-10）可得： (3-12)把（3-9）、代入式（3-12）中得： 3.3 彈簧的計(jì)算3.3.1 彈簧的選取矩形彈簧的特點(diǎn)：特性呈線性，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。普通彈簧的特點(diǎn)：雖然行程夠，但是力不足。碟形彈簧的特點(diǎn)：1. 碟形彈簧在較小的空間內(nèi)承受極大的載荷。與其他類型的彈簧比較，碟形彈簧單位體積的變形量較大，具有良好的緩沖吸震能力，特別是采用疊合組合時(shí)，由于表面摩擦阻力作用，吸收沖擊和消散能量的作用更顯著。2. 碟形彈簧具有變剛度特性。改變碟片內(nèi)截錐高度與碟片厚度的比值，可以得到不同的彈簧特性曲線，可為直線型、漸增型、漸減型或者是他們的組合形式
13、。此外還可以通過由不同厚度碟片組合或由不同片數(shù)疊合碟片的不同組合方式得到變剛度特性。3. 碟形彈簧由于改變碟片數(shù)量或碟片的組合形式，可以得到不同的承載能力和特性曲線，因此每種尺寸的碟片，可以適應(yīng)很廣泛的使用范圍，這就使備件的準(zhǔn)備和管理都比較容易。4. 在承受很大載荷的組合彈簧中，每個(gè)碟片的尺寸不大，有利于制造和熱處理。當(dāng)一些碟片損壞時(shí)，只需個(gè)別更換，因而有利于維護(hù)和修理。5. 正確設(shè)計(jì)、制造的碟形彈簧，具有很長的使用壽命。6. 由于碟形彈簧是環(huán)形的，力是同心方式集中傳遞的。設(shè)計(jì)的制動(dòng)器屬于失效安全性濕式多盤式制動(dòng)器制動(dòng)器，它是通過彈簧來只制動(dòng)的，所以需要的彈簧而且在強(qiáng)度、變形力及壽命都有很高的
14、要求，結(jié)合以上三種彈簧的特性，碟形彈簧最符合設(shè)計(jì)要求。3.3.2 碟形彈簧種類碟簧的設(shè)計(jì)主要考慮的是碟簧的組數(shù)和它的組合型式。碟形彈簧有不同類型的組合型式，常見的有疊合、對(duì)合、復(fù)合這三種型式：1.疊合組合：由n個(gè)同方向、同規(guī)格的碟簧組成。如下圖：圖3-1 2.對(duì)合組合:由n個(gè)相向同規(guī)格的碟簧組成。如下圖：圖3-23復(fù)合組合：有疊合與對(duì)合組成。如下圖：圖3-33.3.3 制動(dòng)器內(nèi)碟簧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1.在所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器內(nèi)碟簧安裝完畢后，螺栓給碟簧施加壓力，使其壓縮然后達(dá)到制動(dòng)，一旦車輛發(fā)動(dòng)，液壓系統(tǒng)油壓達(dá)到一定值，會(huì)再次壓縮碟簧，最終解除制動(dòng)。所以說從開始制動(dòng)到接觸制動(dòng)碟簧會(huì)壓縮兩次：第一次壓縮到時(shí)使
15、其制動(dòng)，第二次壓縮到時(shí)使制動(dòng)解除。如下圖所示：圖3-4當(dāng)平壓時(shí)，存在(0.75是最大變形) （3-13）2軸向尺寸：一組碟簧安裝時(shí)，軸向尺寸受限制，自由高度小于某一軸向尺寸安裝高度。碟簧自由高度+碟簧螺栓頭部高度+墊片高度=軸向高度。3.徑向尺寸:碟簧的外徑3.3.4 碟簧方案的選取 在此設(shè)計(jì)中需要碟簧為復(fù)合類型，下表為設(shè)計(jì)的兩種方案的預(yù)選參數(shù)：表3-2兩種方案預(yù)選參數(shù)方案摩擦副n碟簧組組數(shù)m摩擦片間隙一10120.2二10140.2 方案一的計(jì)算： 1.預(yù)選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.2。一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動(dòng)力為: (3-14)需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動(dòng)力: (
16、3-15)考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈簧，選碟簧規(guī)格為31.5，即A2-31.5，如下表所示：表3-3系列A，類別D/mmd/mmt/mm/mmH0/mmP/N/mm/mm231.516.31.750.72.4539000.531.92碟簧外徑（mm）碟簧內(nèi)徑（mm）碟簧厚度（mm）碟簧壓平時(shí)變形量計(jì)算值（mm）碟簧的自由高度（mm）單個(gè)碟簧的載荷（N）單片碟簧變形量（mm）設(shè)對(duì)合數(shù)y。,因呈線性關(guān)系，所以有式（3-13）存在，可知、的變形量、： (3-16)得： (3-17)打開摩擦片所需間隙為: (3-18)2.碟簧對(duì)合數(shù)的計(jì)算： (3-19)將（3-17）代入上
17、式，求得：,所以取15對(duì)合3.碟簧自由高度： (3-20)4.碟簧組的軸向尺寸： （3-21）5.碟簧組的徑向尺寸：31.5mm方案二的計(jì)算：1.預(yù)選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.3。一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動(dòng)力為: (3-22)需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動(dòng)力: (3-23)考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈簧，選碟簧規(guī)格28，即A2-28，如下表所示:表3-4 系列A，類別D/mmd/mmt/mm/mmH0/mmP/N/mm/mm22814.21.50.652.1528500.491.66設(shè)對(duì)合數(shù)y。,因呈線性關(guān)系，所以有式（3-13）存在，可知的變形
18、量: (3-24)得： (3-25)打開摩擦片所需間隙為: (3-26)2.碟簧對(duì)合數(shù)的計(jì)算： (3-27)將（3-17）代入上式，求得,所以取19對(duì)合3.碟簧自由高度： (3-28)4.碟簧組的軸向尺寸： （3-29）5.碟簧組的徑向尺寸：28mm3.3.5 碟簧方案的校核方案一的校核:有一個(gè)由10對(duì)合、兩疊合碟簧A2-31.5 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷,工作載荷；碟簧負(fù)荷：當(dāng),即碟簧壓平時(shí)，上式化簡為： (3-30)式中單個(gè)碟簧的載荷(N)壓平時(shí)碟形彈簧載荷計(jì)算值（N） 碟簧厚度(mm)碟簧外徑（mm）單片碟簧的變形量（mm）碟簧壓平時(shí)變形量的計(jì)算值（mm）彈性
19、模量（）泊松比折減系數(shù)系數(shù)得值可根據(jù)從下表中查?。?表3-5C=D/d1.901.921.941.961.982.002.022.040.6720.6770.6820.6860.6900.6940.6980.7021.1971.2011.2061.2111.2151.2201.2241.2291.3391.3471.3551.3621.3701.3781.3851.393注：對(duì)于無支撐面的碟簧由表（3-4）、表（3-6）、式（3-30）得：因此: (3-31)通過查看下圖單片彈簧特性曲線： 圖3-5 按不同計(jì)算的碟簧特性曲線由上圖3-5，按照查出:故：通過查看下圖找到疲勞破壞關(guān)鍵部位：圖3-6
20、 碟簧疲勞破壞關(guān)鍵部位由上圖，按,可得疲勞破壞關(guān)鍵點(diǎn)為點(diǎn)：如圖3-7所示： 圖3-7 計(jì)算碟簧時(shí)的應(yīng)力點(diǎn)示意圖點(diǎn)的應(yīng)力是： (3-32)式中（3-32）中：由表3-3、表3-5、式3-32求得：當(dāng)則求出碟簧計(jì)算應(yīng)力幅：通過查看下圖3-8：圖3-8 彈簧的極限應(yīng)力曲線由上圖3-8中在處時(shí)，疲勞強(qiáng)度上限應(yīng)力為,可求得疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為：因?yàn)?，所以滿足疲勞強(qiáng)度要求，所以此次方案滿足設(shè)計(jì)要求。方案二的校核:有一個(gè)由14對(duì)合、兩疊合碟簧A2-28 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷,工作載荷；碟簧負(fù)荷：當(dāng),即碟簧壓平時(shí)，上式化簡為： (3-33)由表（3-3）、表（3-4）、式（3-32
21、）得：因此: (3-34)由圖3-5，按照查出：故： 由圖3-6，按,可得疲勞破壞關(guān)鍵點(diǎn)為點(diǎn)：如圖3-7所示點(diǎn)的應(yīng)力是： (3-35)由表3-3、表3-5、式3-35求得：當(dāng)則求出碟簧計(jì)算應(yīng)力幅：通過查看圖3-8中在處時(shí)，疲勞強(qiáng)度上限應(yīng)力為,可求得疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為： 因?yàn)?所以不滿足疲勞強(qiáng)度要求，所以此次方案不滿足設(shè)計(jì)要求。從這兩方案中得知第一種方案符合設(shè)計(jì)要求。3.3.6 碟簧組設(shè)計(jì)方案有關(guān)數(shù)據(jù)通過計(jì)算可知方案一符合設(shè)計(jì)要求，所以碟簧組所需設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)如下:1.碟簧規(guī)格： A2-31.5 GB/T 1972-20052.復(fù)合碟簧形式 疊合兩片對(duì)合15片 3.單片碟簧制動(dòng)時(shí)要求所需的變形量:
22、 得： 4.單片碟簧制動(dòng)時(shí)要求所需的變形力:5.單片碟簧加大預(yù)加載荷的力: 6.單片碟簧加大預(yù)加載荷時(shí)的變形量: 7.單片碟簧工作載荷: 8.單片碟簧工作變形量: 9.碟簧組磨損極限： 10.單片碟簧由解除制動(dòng)到制動(dòng)狀態(tài)時(shí)的變形量: 11.復(fù)合碟簧組由解除制動(dòng)到制動(dòng)狀態(tài)時(shí)變形量： 12.校核：疲勞破壞關(guān)鍵點(diǎn)在點(diǎn)，校核通過。13.碟簧組自由高度: 14.碟簧組預(yù)加載荷高度 15.碟簧組工作載荷高度 16.摩擦片比壓: (3-36)式中：復(fù)合碟簧對(duì)合數(shù)； 復(fù)合碟簧疊合數(shù)； 摩擦片面積； (3-37)將式（3-36）代入（3-35）得： 17.預(yù)取碟簧組數(shù): 18.預(yù)變形時(shí)，點(diǎn)應(yīng)力為: 19.預(yù)變形時(shí)，點(diǎn)應(yīng)力為: 20.碟簧的計(jì)算應(yīng)力幅: 21.碟簧的疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅： 因，故可以滿足疲勞強(qiáng)度的要求。即碟簧組如圖3-9所示：
濕式盤式制動(dòng)器
