濕式多盤制動器說明書(共80頁)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 抱軸式濕式多盤制動器 學(xué)院： 山西大學(xué)煤炭工學(xué)院 班級： 機(jī)械班 姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 完成日期： 201 年 6 月 11 專心-專注-專業(yè)抱軸式全封閉濕式多盤式制動器設(shè)計摘要：無軌膠輪車輔助運輸，是我國煤礦生產(chǎn)中重要的運輸方式。因此，濕式多盤制動器就成為了目前研究的重要課題。本文通過對不同種類制動器的作用、分類、結(jié)構(gòu)以及原理的詳細(xì)介紹，找出了濕式多盤制動器的優(yōu)勢，進(jìn)一步分析了濕式多盤制動器的工作原理。結(jié)合本課題無軌輔助運輸設(shè)備所需的制動性能，根據(jù)常規(guī)全封閉濕式多盤制動器的結(jié)構(gòu)特點和其工作原理，通過詳細(xì)計算及校核設(shè)計出符合無軌膠輪車輔助運動車輛的制動器。關(guān)鍵字：濕式多盤制動器；制動力矩；碟簧The Design of Fully Enclosed Wet Multi-disc Brake Abstract：The trackless assisted transportation is an important transport in China's coal production , therefore wet multi-disc brake has become an important topic. The paper introduce the function, classification, structure and working principle of all kinds of brake. Further analysis the advantages of a wet multi-disc brake and how it works. With rail auxiliary transport equipment required braking performance of the subject. According to the structural characteristics of the Practices fully enclosed wet multi-disc brake and its working principle. Through the detailed, In conformity with the supplementary we should design motor vehicles rubber-tyred car brake.Key words：Wet multi-disc brake；Braking torque；Disc spring目 錄 第一章 緒論1.1 課題背景 濕式多盤制動器具有制動力矩大、使用壽命長、抗衰退能力強、免維修等很多特點。為了提高成本效益,適應(yīng)井下無軌輔助運輸方向的發(fā)展。無軌輔助運輸中重要的運輸裝置無軌膠輪車的制動裝置要求在載重量逐步增加,工作條件惡劣的環(huán)境下具有更好的制動安全性、耐用性以及較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，因此要設(shè)計研制出一種適于井下無軌膠輪車的全封閉濕式多盤制動器來滿足市場的要求。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1 國外現(xiàn)狀 濕式多盤制動器的出現(xiàn)最早始于美國。早期的工作目的主要側(cè)重于試驗研究,通過試驗結(jié)果來研究濕式多盤制動器和離合器的摩擦特性。近年來,相應(yīng)有關(guān)濕式多盤制動器的一系列基礎(chǔ)理論方面的研究正逐步進(jìn)行和不斷完善。當(dāng)前對于濕式多盤制動器的分析研究來說，因其結(jié)構(gòu)形狀和工作環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性,而有限元分析法較為先進(jìn)。近年來，國外非常重視多盤制動器的研究，已研制出多種形式的濕式多盤制動器，應(yīng)用越來越廣。國外極大工程機(jī)械公司，如美國的CLARK、CATERPILLAR公司和瑞典的VOLVO公司已在整機(jī)設(shè)計時考慮采用濕式多盤制動器，美國RONKWELL公司及德國的KESSLER公司在車橋產(chǎn)品中也采用了濕式多盤制動器。叉車、裝載機(jī)等已廣泛采用了濕式多盤制動器的車橋，而井下礦用車輛已全面采用濕式多盤制動器系統(tǒng)。1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國過去的輪式車輛主制動器廣泛采用蹄式結(jié)構(gòu),但由于蹄式結(jié)構(gòu)受車輛輪轂尺寸限制,制動鼓經(jīng)長期作用,磨損嚴(yán)重, 需要經(jīng)常調(diào)整間隙; 制動鼓浸入油、泥、水時, 難于排除, 影響制動穩(wěn)定性;且存在作用面積小, 散熱不好等缺點, 因而逐漸由制動性能良好的鉗盤式制動器取代。然而鉗盤式制動器雖然克服了蹄式制動器的一些缺點, 但仍存在著摩擦面積小, 摩擦表面單位壓力高, 對摩擦襯片材料的強度及高溫下的耐壓性能要求高, 而且自動補償襯片磨損間隙的可靠性差。以往車輛上廣泛采用的鼓式制動器存在磨損嚴(yán)重, 需要經(jīng)常調(diào)整間隙; 易產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象,從而影響制動性能的穩(wěn)定性等缺點,其已不能完全滿足對車輛制動性能的要求,所以逐漸采用了制動性能較好的干盤式制動器。干盤式制動器雖具有制動性能穩(wěn)定,能承受溫度、水和車速的影響, 抗衰退性能好等優(yōu)點, 但其只有1個盤, 摩擦面積小,單位壓力高, 散熱條件差。因此, 隨著對制動性能要求十分嚴(yán)格的機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展和完善,干式制動器逐步被制動性能更好的濕式多盤制動器所取代。80年代中期,我國引進(jìn)和消化吸收國外井下裝載機(jī)技術(shù), 開始了對濕式多盤制動器的研究。80年代末期開始研制車用濕式多盤制動器產(chǎn)品, 現(xiàn)已研制出液壓制動型、彈簧制動液壓制動型、彈簧制動液壓解除制動型、多功能型和非驅(qū)動橋用型等,部分產(chǎn)品已開始在車輛上使用, 效果良好。濕式多盤制動器按其安裝及工作原理可分為普通型濕式多盤制動器、濕式多盤失壓制動器、多功能濕式多盤制動器3種形式。其獨特之處在于:( 1) 為全封閉結(jié)構(gòu),環(huán)形工作面積較大,且防止了泥、水、油的浸入, 制動穩(wěn) 定。( 2) 采用多片結(jié)構(gòu),可在較小襯片壓力下獲得較大的制動力矩, 而元件承受壓力降低, 摩擦片單位比壓小。( 3) 隨著摩擦材料的發(fā)展,濕態(tài)摩擦系數(shù)也將大幅度地提高。( 4) 采用了單制動活塞推進(jìn)結(jié)構(gòu),摩擦零部件受力均勻, 圓盤間隙不用調(diào)整并準(zhǔn)許滑轉(zhuǎn)、傳遞扭矩,特別適合重載長坡制動工況。( 5) 為液壓驅(qū)動、油液循環(huán)散熱冷卻, 具有良好的散熱性能, 減少了維修保養(yǎng),延長了使用壽命。其冷卻方式可根據(jù)制動強度選擇強制式或自冷式。自冷式制動器在支撐軸與輪轂間無密封, 潤滑差速器和行星輪邊減速器的潤滑油可直接流向制動器中, 達(dá)到同時冷卻制動盤的效果。( 6) 固定盤與制動器殼體用花鍵連接,摩擦盤裝在固定盤之間,并隨輪轂制動。 制動時油液推動活塞向外運動,固定盤壓緊摩擦盤,使摩擦盤減速,從而降 低輪轂轉(zhuǎn)速,達(dá)到制動的目的。近幾年又研制出彈簧制動式液壓松閘的全封閉多盤式制動器,其制動更加安全可靠,使用壽命更長,幾乎無需保養(yǎng)。可實現(xiàn)工作制動、停車制動和緊急制動,大大簡化制動液壓系統(tǒng),便于總體布置設(shè)有手動松閘泵,當(dāng)車輛動力發(fā)生故障時可被其他車輛牽引。1.3 工程車輛制動器的發(fā)展方向 目前,輪式裝載機(jī)制動系統(tǒng)的設(shè)計有兩大趨布,目的是分析外圈淺層表面力的分布規(guī)律。特別是其圓周表面應(yīng)力在故障發(fā)生后的表現(xiàn)特征在發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承發(fā)生故障后,其內(nèi)部故障在通過主負(fù)荷區(qū)域滾道的過程中,會使與其在徑向正對的滾圈圓周表面節(jié)點應(yīng)力整體增加的同時發(fā)生短時間的劇烈波動,還導(dǎo)致其縱向?qū)?yīng)的滾圈下表面節(jié)點應(yīng)力出現(xiàn)同樣的變化,且波動峰值更為明顯由于各種類型的回轉(zhuǎn)支承裝置都是由在結(jié)構(gòu)和受力上與雙排異徑球式回轉(zhuǎn)支承裝置的外圈上半部分類似的座圈組合而成,故可通過觀測滾圈下表面及位于回轉(zhuǎn)支承主負(fù)荷區(qū)域的圓周表面應(yīng)力在回轉(zhuǎn)過程中有無這種變化規(guī)律來判斷其是否存在故障。我國研制的濕式多盤制動器已在下列工程車輛上得到應(yīng)用:( 1) 井下裝載機(jī),包括金川有色金屬公司第二機(jī)械廠生產(chǎn)的、 井下裝載機(jī), 南昌通用機(jī)械廠生產(chǎn)的井下裝載機(jī)等。( 2) 自卸汽車,包括南寧重型機(jī)械廠生產(chǎn)的18t 礦用自卸汽車等。( 3) 飛機(jī)牽引車,包括威海廣泰航空地面設(shè)備有限公司生產(chǎn)的20t飛機(jī)牽引車等。( 4) 裝載機(jī)、平地機(jī),徐州裝載機(jī)廠生產(chǎn)的ZL50D 型和ZL30E 型裝載機(jī), 天工 工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的PY200 型平地機(jī)等。( 5) 水陸兩用車, 包括勝利油田工程機(jī)械總廠生產(chǎn)的大、小水陸兩用車等。( 6) 煤科院太原分院生產(chǎn)的中型客貨車非驅(qū)動車橋用濕式多盤制動器等。雖然 國內(nèi)應(yīng)用濕式多盤制動器起步比較晚,但其應(yīng)用前景十分可觀。隨著工程 機(jī)械向大型化、高性能和自動化方向發(fā)展,對制動控制裝置的操縱性、穩(wěn) 定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求也越來越高,人們對濕式多盤制動器技術(shù)日益 了解: 制動性能好,安全效率高, 不需要調(diào)整和維護(hù), 制動性能優(yōu)于干式 制動器。為了提高設(shè)備運行性能和生產(chǎn)率, 設(shè)計時將會普遍采用濕式多盤 制動器。濕式多盤制動器代替干式制動器指日可待。1.4 濕式多盤制動器研究的意義 濕式多盤制動器具有制動力矩大、使用壽命長、抗衰退及抗污染能力強、免維修等優(yōu)點。廣泛用于需要制動力矩大或工作環(huán)境惡劣的設(shè)備。因此,在較大型或特殊工況使用的工程車輛上,濕式多盤制動器取代其它形式制動器已成為必然趨勢。 隨著人們對濕式多盤制動器技術(shù)的了解不斷加深, 以及基于其制動性能好、安全、效率高。制動器不需要調(diào)整和維護(hù),維護(hù)保養(yǎng)費用低等特點,因此濕式多盤制動器的前景是非常廣闊的。除此之外，近年來,隨著用戶對濕式多盤制動器制動性能和使用壽命要求的不斷提高,我們有必要對濕式多盤制動器進(jìn)行更近一步的改進(jìn)與更新，所以有關(guān)濕式多盤制動器設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及破壞機(jī)理等一系列基礎(chǔ)理論方面的研究正在逐步進(jìn)行和不斷完善。 煤炭行業(yè)在我國不斷發(fā)展的同時，也給我國人民生活水平的提高及國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)了不可磨滅的力量。眾所周知，濕式多盤制動器對于煤炭行業(yè)意味著什么，它是煤炭行業(yè)最不可缺少的。因此，研究濕式多盤制動器有著非常重要的意義。 第二章 制動系統(tǒng)的制動器要求和制動器的比較2.1 制動器的類型和比較2.2.1 制動器的類型 制動器分為碟式制動器、通風(fēng)碟制動器、鼓式制動器。現(xiàn)在汽車上采用的制動器，結(jié)構(gòu)分為鼓式和盤式的兩種。鼓式制動器是汽車上最常用的一種制動器，它的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為鼓狀的制動鼓，工作邊面為圓柱內(nèi)表面，固定元件為圓弧形的帶摩擦片的制動踢。盤式制動器又稱為碟式制動器，顧名思義是取其形狀而得的。它由液壓控制，主要零件有制動盤、分泵、制動鉗、油管等，制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動。分泵固定在制動器的底板上固定不動。制動鉗上的兩個摩擦片分別裝在制動盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動摩擦片壓向制動盤發(fā)生摩擦制動，動作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣。只有在中高級轎車或者高性能汽車上才會采用四輪盤式制動器或者通風(fēng)制動器。2.2.2 制動器的性能比較 鼓式剎車有良好的自剎能力，由于剎車來令片外張，車輪旋轉(zhuǎn)連帶著外張的剎車鼓扭曲一個角度，剎車張力越大，此情形就越明顯，因此，一般大型車輛還是使用鼓式剎車，除了成本較低外，大型車與小型車的鼓剎，差別可能只有大型采用氣動輔助，而小型車采用真空輔助來幫助剎車。鼓式剎車制造技術(shù)層次較低，也是最先用于剎車系統(tǒng)，因此制造成本要比碟式剎車低。由于鼓式剎車剎車來令片密封于剎車鼓內(nèi)，造成剎車來令片磨損后的碎屑無法散去，影響剎車鼓與來令片的接觸面而影響剎車性能。由于剎車系統(tǒng)沒有密封，因此剎車磨損的細(xì)屑不會沉積在剎車上，碟式剎車的離心力可以將一切水、灰塵等污染向外拋出，以維持一定的清潔。此外由于碟式剎車零件獨立在外，要比鼓式剎車更易于維修 碟式剎車除了成本較高，基本上皆優(yōu)于鼓式剎車，盤式制動器又稱為碟式制動器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，這種制動器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，并且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動比鼓式制動更容易在較短的時間內(nèi)令車停下。有些盤式制動器的制動盤上還開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動效率。反觀鼓式制動器，由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。當(dāng)然，盤式制動器也有自己的缺陷。比如對制動器和制動管路的制造要求較高，摩擦片的耗損量較大，成本貴，而且由于摩擦片的面積小，相對摩擦的工作面也較小，需要的制動液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用，所以只能適用于輕型車上。而鼓式制動器成本相對低廉，比較經(jīng)濟(jì)。 所以，汽車設(shè)計者從經(jīng)濟(jì)與實用的角度出發(fā)，一般轎車采用了混合的形式，前輪盤式制動，后輪鼓式制動。四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%80%，因此前輪制動力要比后輪大。轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前輪盤式制動，后輪鼓式制動的方式。四輪盤式制動的中高級轎車，采用前輪通風(fēng)盤式制動是為了更好地發(fā)熱，至于后輪采用非通風(fēng)盤式同樣則是成本的原因。畢竟通風(fēng)盤式的制造工藝要復(fù)雜得多，價格也就相對貴很多。隨著材料科學(xué)的發(fā)展以及成本的降低，在轎車領(lǐng)域中，盤式制動有逐漸取代鼓式制動的趨向。通風(fēng)碟是由兩塊尺寸相同的制動碟構(gòu)成，他們之間有通風(fēng)口。當(dāng)制動碟隨車輪高速旋轉(zhuǎn)時，它就會象泵一樣，把兩碟之間的熱空氣排出，達(dá)到散熱的目的。第三章 濕式多盤制動器概述3.1 濕式多盤制動器的現(xiàn)狀、種類及特點 濕式多盤制動器按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為普通型濕式多盤制動器、濕式多盤失壓式制動器,多功能濕式盤式制動器三種形式。 普通型濕式多盤制動器采用壓力操縱制動,卸壓后彈簧釋放制動。壓力油進(jìn)入制動器油腔,作用在一個與摩擦片外徑相等的大活塞上,從而推動活塞壓緊摩擦片制動。這種普通型濕式多盤制動器一般安裝在各類車輛輪端,作為行車制動,它需要一個液壓系統(tǒng)來操縱制動動作, 一旦管路出現(xiàn)爆裂等故障, 就無法實現(xiàn)制動,給車輛安全行駛帶來威脅。另外,為了保證車輛停車后能夠安全定位, 還設(shè)有一個停車制動器。停車制動器一般采用失壓制動, 兩套制動器保證了車輛的安全性,卻增加了零件的數(shù)量。濕式多盤失壓制動器是一種安全型濕式多盤制動器,它除了具有濕式多盤制動器的特點外,對于車輛的安全使用將起到非常重要的作用。同時,使用濕多盤失壓制動器可以使液壓制動系統(tǒng)大大簡化,不需要第二制動系統(tǒng),工作制動、停車制動和緊急制動都由此制動器完成, 無需另加停車制動器,給總體布里帶來方便。濕式多盤失壓制動器在結(jié)構(gòu)上采用彈簧操縱制動,當(dāng)制動管路中的油壓達(dá)到額定值時,推動活塞壓縮彈簧施放制動,踏下制動踏板時,油壓卸荷 彈簧立刻推動活塞壓緊摩擦片制動。當(dāng)制動管路無論任何原因失壓時,制動器均能自動施加制動, 確保車輛的行駛安全。但由于該制動器采用彈簧操縱制動, 對于需經(jīng)常制動減速的重型卡車,彈簧長期承受疲勞載荷, 對彈簧的剛度、抗疲勞強度的要求都很高, 彈簧壽命較短。多功能濕式多盤制動器是綜合了以上兩種濕式制動器的特點,它在結(jié)構(gòu)上采用雙活塞制動方式。即行車制動時采用壓力油操縱制動,壓力油進(jìn)入制動器油腔, 作用在行車制動活塞上,從而推動活塞壓緊摩擦片制動,卸壓后由回位彈簧釋放制動。停車制動或發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障及管路爆裂時,制動液壓系統(tǒng)卸荷,壓縮彈簧立刻推動停車活塞壓緊摩擦片進(jìn)行制動。3.2 濕式多盤制動器結(jié)構(gòu)特點及其工作原理 礦上廣泛使用的濕式多盤制動器的結(jié)構(gòu)有半軸、油封、鎖母、軸承、動殼、浮動油封、壓蓋、動摩擦片、靜摩擦片、透氣塞、排氣塞、靜殼、活塞、析殼、螺栓、圓柱壓縮彈簧、放油塞等。 這種制動器摩擦片一半以上的面積浸在潤滑油的環(huán)境中，同時摩擦片上開有許多螺旋溝槽，車輛制動時摩擦片摩擦產(chǎn)生的大部分熱量將通過潤滑油及殼體散發(fā)出去，使制動器不會因為內(nèi)部溫度過高而損壞元部件。動摩擦片內(nèi)緣通過花鍵與動殼連接，可隨動殼一起轉(zhuǎn)動，并可沿軸向左右移動。靜摩擦片外緣通過花鍵與靜殼連接，不可轉(zhuǎn)動但可沿軸向左右移動。當(dāng)制動器實施制動時，踩下制動踏板，制動系統(tǒng)的高壓油進(jìn)入制動器的活塞腔中，在油壓作用下，復(fù)位彈簧被壓縮，活塞向左移動將動摩擦片和靜摩擦片壓緊，從而實施制動。當(dāng)松開制動踏板后，活塞腔內(nèi)的液壓油回到液壓油箱，活塞在復(fù)位彈簧的作用下回位，動摩擦片和靜摩擦片分離，制動解除。 3.3 濕式多盤制動器的工作原理 濕式多盤制動器按結(jié)構(gòu)及工作原理分為兩種形式:普通型濕式多盤制動器和失壓型濕式多盤制動器,對輕型膠輪車輛由于受前后橋結(jié)構(gòu)及輪轂內(nèi)空間的限制,只能采用普通型濕式多盤制動器。其結(jié)構(gòu)主要由動摩擦片、靜摩擦片、動殼、靜殼、壓盤、活塞和碟簧組件等組成。制動器分別安裝在四個車輪內(nèi),動、靜摩擦片通過花鍵分別與動殼和靜殼聯(lián)接,兩者相間排列,并均可沿花鍵左右移動,制動釋放時,動、靜摩擦片間保持一定間隙,可自由旋轉(zhuǎn)。工作制動器采用液壓制動,彈簧釋放的制動形式。當(dāng)活塞腔接通液壓油時,油液壓力推動活塞,進(jìn)而壓緊動、靜摩擦片產(chǎn)生摩擦力,所產(chǎn)生的摩擦阻力矩使車輪制動;當(dāng)活塞腔液壓油卸壓時,回位彈簧將活塞復(fù)位,從而使動、靜摩擦片分離,摩擦阻力矩消失,解除車輪制動。在車輛行駛過程中,需要減速或制動時,踩下腳踏閥通過控制腳踏閥的行程,從而成比例地控制了注入液壓腔的油液量,獲得所需的制動力。因為制動力可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控,從而保證了車輛運行的平穩(wěn)性。3.4 濕式多盤制動器冷卻方式及散熱途徑一、冷卻方式 目前礦用濕式多盤制動器的冷卻降溫主要依靠油液的循環(huán)。冷卻方式可根據(jù)制動器的工作環(huán)境及制動的頻繁狀況分為自行冷卻和強制油液循環(huán)冷卻2種方式。主要依靠制動器內(nèi)部的潤滑油及殼體使熱量散發(fā)的方式稱為自行冷卻方式。將外部的冷卻液引入制動器，冷卻液流過摩擦盤后再流出制動器，將制動器制動時產(chǎn)生的熱量帶走的方式稱為強制冷卻方式。其中強制冷卻方式又分為軸心式冷卻方式、浸油式冷卻方式和滴油或噴油式冷卻方式。自行冷卻方式適用于制動不太頻繁而制動器本身散熱就已經(jīng)足夠的場合，結(jié)構(gòu)簡單但冷卻能力相對較弱；強制冷卻方式適用于制動頻繁而制動器本身散熱不足的場合。結(jié)構(gòu)復(fù)雜但冷卻能力相對較強。二、散熱機(jī)理分析 濕式多盤制動器與干式制動器不同，其特點：濕式多盤制動器工作在浸滿冷卻液的封閉環(huán)境中。在液壓力的作用下壓緊內(nèi)、外摩擦片，當(dāng)摩擦片相對運動時，接觸的表面產(chǎn)生摩擦力，摩擦力所做的功轉(zhuǎn)化為熱量，熱量通過接觸界面逐漸傳遞到潤滑油液及制動器殼體內(nèi)。其中，一部分熱量以熱傳導(dǎo)、對流以及輻射等方式，通過制動器內(nèi)潤滑冷卻油及周圍空氣散發(fā)；另一部分則以內(nèi)部勢能的形式積累在材料內(nèi)部。 制動器的熱量產(chǎn)生具有瞬時性，制動器熱量的散發(fā)具有過程性。油液與摩擦副之間的對流換熱以及殼體連續(xù)散熱過程均為非穩(wěn)態(tài)過程。由于全封閉濕式多盤制動器的瞬間產(chǎn)生的制動熱能向油液擴(kuò)散有一個過程，這與油液的流動狀態(tài)，摩擦片的導(dǎo)熱性、對偶鋼片的熱容量及其傳熱特性有關(guān)，此外還與外界環(huán)境的溫度及空氣流動狀態(tài)有關(guān)。工作循環(huán)時間的長短、制動強度對全封閉濕式多盤制動器內(nèi)油的溫升均影響較大。從制動器的散熱機(jī)理分析，制動器摩擦副的熱量傳遞主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)和對流2種傳熱方式。影響其散熱的因素除摩擦副材料的導(dǎo)熱系數(shù)、油液的對流換熱系數(shù)外，還與殼體的導(dǎo)熱性能、摩擦副的結(jié)構(gòu)形式、油液在制動器中的流動狀態(tài)、環(huán)境溫度、摩擦片的導(dǎo)熱特性、初始溫度以及空氣的流動狀況等有關(guān)。 第四章 抱軸式濕式多盤制動器的設(shè)計4.1 設(shè)計的原始數(shù)據(jù)設(shè)計的原始數(shù)據(jù)如下：1、制動器能實現(xiàn)行車制動、停車制動和緊急制動功能；2、整車最大裝載質(zhì)量6000kg，整車裝備質(zhì)量6000kg，最大總質(zhì)量12000kg;3、全載荷下，前后橋質(zhì)量分配為50%，50%；4、在水平干硬路面下，以額定載荷制動，當(dāng)制動器的制動初速度為20km/h時， 制動距離不大于8m;5、停車制動要求汽車承載1.5倍額定載荷下，在最大為16度的坡道上保持靜 止而不產(chǎn)生位移；6、制動器結(jié)構(gòu)由傳動軸、分動器殼體結(jié)構(gòu)組成。 4.2 汽車制動理論分析4.2.1 制動性能的概念 無軌膠輪車行駛時能經(jīng)短距離停車且維持行駛方向的穩(wěn)定性。4.2.2 制動器性能評價指標(biāo) 1、制動性能：制動距離、制動減速度。 2、制動效能恒定性：抗熱衰退性。 3、制動時汽車方向穩(wěn)定性：即車輛防止跑偏、側(cè)滑的能力?？紤]設(shè)計任務(wù)車速為20 km/h,一般不會發(fā)生此類現(xiàn)象，故不做參考。 4.2.3 制動時車輛受力分析 1、地面制動力:如圖4-1圖4-1 受力分析 =Tu/r (4-1) 式（4-1）中： -地面制動力（N）; F-車輪時地面的作用力（N）; Tu-車輪制動器的摩擦力矩（N.m）; r-車輪半徑（m）; -車軸對車輪的作用力（N）。2、地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，其取決于： （1）制動器內(nèi)制動摩擦片與制動盤的摩擦力矩； （2）輪胎與地面間摩擦力的極限值，即附著力。（附著力，指輪胎與地面摩 擦力的極值）。3、制動器制動力的分析：（1）制動器制動力的定義：即指輪胎周圍克服制動器摩擦力矩所需要的力。 =Tu/r (4-2)（2）影響制動器制動力的因素：地面制動力僅有制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，即取決于制動器結(jié)構(gòu)。制動器摩擦副的摩擦系數(shù)與車輪的半徑有關(guān)，并與制動器踏板力Fp及制動系的液壓或氣壓成正比。（3）地面制動力,制動器制動力，地面附著力F的關(guān)系 一般來說只考慮制動時，車輪做滾動和抱死脫滑兩種情況（ABS系統(tǒng)制 動性能最好），汽車制動輪胎滾動時：地面制動力=制動器制動力車 輪抱死拖滑時：地面制動力為極限值小于地面附著力= 圖4-2 、與F的關(guān)系 可見，首先取于,但又受附著條件限制。只有車輛具有足夠的制 動器制動力，同時地面又能提供較大的附著力時才能獲得足夠的地面制動力。 地面制動力，制動器所需的制動力矩，制動器制動力，校核小于F即可。 4、 附著系數(shù)f 附著系數(shù)表示輪胎與地面摩擦系數(shù)。一般用平均附著系數(shù)f，峰值附 著系數(shù)Fp,滑動附著系數(shù)Fs來衡量。 表4-1 附著系數(shù)f的值瀝青混凝土平均輔值Fs峰值輔值系數(shù) 干0.80.90.75濕0.50.7 0.450.7 附著系數(shù)f取決于道路材料、路面狀況、花紋材料、輪胎結(jié)構(gòu)及汽車動速度等。4.2.4 制動車輛制動效能制動減速度的計算:1、不考慮制動延遲時的制動減速度j1： 此時產(chǎn)生的減速制動距離為: (4-3)2、考慮制動器延遲時間t2時制動減速度j2： 表4-2 制動類型延遲時間的選取 制動類型 時間t2 彈簧制動0.5s 液壓盤式制動0.35 多片制動0.17s 氣壓制動0.40.8s 鼓式制動0.75s選取彈簧制動，由表4-2延遲時間t2為0.5s （4-4） 此時因制動延遲產(chǎn)生的減速制動距離S2為： （4-5) （4-6) 此時總的制動距離S總為：S總=S2+S3=2.78+5.21=7.998m。 （4-7） 由式（4-3）、（4-4）知最大制動減速度： =（j1，j2）max=2.96m/s² （4-8） 可見，決定制動器制動距離的主要因素是:制動器起作用的時間和最大制動減速度。4.2.5 制動器制動力的比例關(guān)系1、 地面對前后輪法向反作用力Fz1、Fz2決定于F1、F2，如圖4-3圖4-3 力的關(guān)系 2、力和力矩的關(guān)系(1)以O(shè)1為研究對象，則力和力矩的平衡方程 (4-9) (2)以 O2為研究對象，則力和力矩的平衡方程式： （4-10） 聯(lián)立式（4-9）、（4-10）得: （4-11） (4-12) 考慮到極限情況（前后輪抱死制動） 此時： （4-13）將式（4-13）代入(4-9)、（4-10）得： 此時制動器制動力取得極值4.3 濕式多盤制動器的計算4.3.1 全封閉濕式多盤制動器的原始數(shù)據(jù) 1、在水平干硬路面，在額定載荷下制動器制動時初速度v0=20km/h，制動距離小于等于8m; 2、車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16°保持靜止，空轉(zhuǎn)為6000kg,車載荷 為6000kg,總載荷為12000kg.4.3.2 全封閉濕式多盤制動器的設(shè)計原則 1、車輛應(yīng)設(shè)置行車制動，行車制動的靜態(tài)制動力大于50%整車的最大質(zhì)量。 2、車輛應(yīng)設(shè)置行車制動，停車制動應(yīng)在車輛運行和動力停止運行時均起作用。停車制動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16度的坡道上能保持靜止?fàn)顟B(tài)。 3、行車制動：使車輛減速及至停駛制動情況； 駐車制動：使車輛在平路上或坡道上靜止不動的情況。緊急制動：使車輛迅速制動而停駛的情況。 4、車輛輪胎半徑：已知輪胎的型號為11.0020，半徑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輪胎中心到地面的距離； 運動半徑測量輪胎走過幾圈的路程。由于無軌膠輪車采用實心輪胎，所以輪胎半徑采用靜力半徑。 5、制動原理 濕式多盤制動器具有制動力矩大、使用壽命長、抗衰退能力強、免維修等諸多特點。其結(jié)構(gòu)由動靜殼、活塞、碟簧組件、摩擦片（粉片、鋼片）、轉(zhuǎn)向節(jié)、安裝螺釘、動靜壓盤、密封圈、透氣塞總成、 排空嘴總成等組成。 濕式多盤制動器的工作原理：采用碟簧制動、液壓釋放制動方式。 抱軸制動式濕式多盤制動器安裝在輪轂和橋殼之間，動、靜摩擦片通過花鍵分別與動殼、活塞連接，兩者相間排列，并均可沿花鍵左右移動，制動釋放時，動靜摩擦片間保持一定間隙，可自由旋轉(zhuǎn)。主要采用碟簧制動、液壓釋放。車輛在停車或緊急制動未解除前，碟簧組件推動活塞帶動動壓盤左移，壓緊摩擦片，實現(xiàn)制動。當(dāng)液壓腔充液后，活塞右移，壓縮碟簧組件使摩擦片逐漸松開，解決制動力。若需緊急制動，打開控制閥，碟簧推動活塞左移，液壓油迅速流回油箱，實現(xiàn)制動。當(dāng)車輛行駛過程中需要制動時，通過腳踏閥的行程控制排油量，調(diào)控所需的制動力。 這樣，制動力可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，以保持車輛運行的穩(wěn)定性，避免了車輛的急停。4.3.3 整車所需的最大制動力矩的計算1、按制動減速度計算整車制動力矩 （4-14）在式（4-14）中：整機(jī)工作質(zhì)量（N); 輪胎半徑（m）； J最大制動減速度（）將式（4-9）代入得2、按整車在16°坡道上駐車制動計算整車所需的制動力矩 （4-15） 選取最大整車制動力矩 （4-16） 考慮一定的制動扭矩儲備：儲備系數(shù)為1.2-1,4取最大值，即1.4；可知整車最大制動力矩為： （4-17) 按照制動時載荷分配可知制動時前后橋所需的制動力矩為： （4-18） （4-19） 因為輪邊減速比為3.39，所以 4.3.4 前后橋制動器所需的力矩 1、一個前橋制動器的制動力矩： 2、一個后橋制動器的制動力矩4.3.5 前后橋制動器所需的制動力 1、一個前制動器的制動力： (4-20) 在式（4-20）中： f摩擦系數(shù)，0.08-0.1，取0.085； n摩擦副個數(shù)，4-14，預(yù)取12； k折減系數(shù)，取0.95； 摩擦副的等效作用半徑（mm）； 表4-1 n和k的對應(yīng)關(guān)系 n 6 8 10 12 14 k 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 （4-21) 式（4-21）中： R摩擦片的外半徑，取80mm； r摩擦片的內(nèi)半徑，取40mm； 得 (4-22)由式（4-20）、（4-21）、（4-22）得：2、一個后制動器的制動力：=67197.7N4.4 碟簧的計算及校核4.4.1 碟簧形式的選取 碟簧的設(shè)計主要考慮：碟簧的組數(shù)，碟簧的組合形式。 碟簧具有以下特點: 1)、剛度大、緩沖吸振能力強、能以小變形承受大載荷。適合于 軸向空間要求小的場合。 2）、具有變剛度特性，可通過適當(dāng)選擇碟簧的壓平時變形量與 厚度t之比得到不同的特性曲線。 3）、用同樣的碟簧采用不同的組合方式，能使碟簧特性在很大范 圍內(nèi)變化?？刹捎脤?、疊合的組合方式，也可采用復(fù)合不 同厚度、不同片數(shù)等的組合方式。 因為圓柱形彈簧不適用，矩形彈簧需設(shè)計，而碟簧為標(biāo) 準(zhǔn)件，所以在設(shè)計中選用碟簧。4.4.2 碟簧的工作特點碟簧的工作特點：碟簧安裝完畢，螺栓給碟簧施加壓力，使其壓縮。然后達(dá)到制動（動靜消除間隙達(dá)到制動力矩）。一旦車輛發(fā)動，油壓系統(tǒng)有油壓，直至解除制動。使車輛發(fā)動達(dá)到液壓系統(tǒng)工作：油壓，此時碟簧又被壓縮。 4.4.3 碟簧的種類 （1）疊合：由n個同方向規(guī)格的碟簧組成；如下圖： 圖4-4 疊合方式單片疊合無法滿足市場設(shè)計要求，變形較??；疊合可以使彈力增加，但 無法滿足力和行程的要求。 （2）對合：由i個相向同規(guī)格的碟簧組成；如下圖 圖4-5 對合方式 碟簧對合時位移增加，變形量增加但力不變。 （3）復(fù)合：由i個同方向同規(guī)格的疊合組合碟簧；如下圖圖4-6 復(fù)合方式復(fù)合時位移變形量和力都增加。 綜上所述選取復(fù)合碟簧。4.4.3 復(fù)合碟簧的計算 數(shù)據(jù)： 1、一個前制動器的制動力； 2、大致的結(jié)構(gòu)尺寸已確定可以均布多少組復(fù)合碟簧組。 軸向尺寸： 一組碟簧安裝時，軸向尺寸受限制，自由高度小于某一個 軸向尺寸安裝高度，碟簧的自由高度+碟簧螺栓頭部的高度+ 墊片厚度=軸向尺寸，即： （4-23） 其中： y為對合碟簧數(shù)量； 為單片碟簧的高度； x為各疊合層碟簧數(shù)量； t為厚度。 徑向尺寸： 根據(jù)活塞尺寸可以確定碟簧徑向布置的最大尺寸。 根據(jù)碟簧規(guī)格確定可以布置12組比較合理。4.4.5 碟簧方案的選取 方案一： 1、預(yù)選摩擦片副數(shù)n=12，碟簧組組數(shù)m=14，剛片粉片間隙 值取0.1；一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為: （4-24） 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系列碟簧，選用碟簧規(guī)格為31.5，設(shè)碟簧復(fù)合數(shù)為x，對 合數(shù)為y； 碟簧產(chǎn)生的彈力為3900N，需要疊合兩片。 表4-2 系列A（）碟簧尺寸和參數(shù)類別D/mmd/mmt/mm/mmH0/mmP/N/mm/mm 235.518.320.82.851900.62.2 231.516.31.750.72.4539000.531.92 D碟簧外徑（mm）； d碟簧內(nèi)徑（mm）； t碟簧厚度（mm）； 碟簧壓平時變形量計算值（mm）； 碟簧的自由高度（mm）； 單個碟簧的載荷（mm）； 單個碟簧變形量（mm）； 碟簧上表面OM點的計算應(yīng)力（壓應(yīng)力）； 位置處算出的最大計算拉應(yīng)力。 制動時單片碟簧的變形量為，碟簧的彈力為，即所產(chǎn)生 的制動力： （4-25） 解除制動時的變形量為，碟簧的彈力為,則打 開摩擦片所需的間隙為： 因成線性關(guān)系，故 取 則 （4-26） 2、碟簧對合組數(shù)的計算 （4-27） 3、碟簧自由高度的計算 （4-28） 在式（4-28）中： 碟簧的自由高度（mm）； 碟簧的對合組數(shù)； 單片自由高度（mm）； 碟簧厚度（mm）。 查表3-1及將式（4-27）代入（4-28）得： 4、碟簧組的軸向尺寸 58.8+16+3=77.8 （4-29） 徑向尺寸為：31.5mm方案二：1、預(yù)選摩擦片副數(shù)n=12，碟簧組組數(shù)m=12，剛片粉片間隙 值取0.07；一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為: （4-30） 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系列碟簧，選用碟簧規(guī)格為35.5，設(shè)碟簧復(fù)合數(shù)為x，對 合數(shù)為y； 碟簧產(chǎn)生的彈力為5190N，需要疊合兩片。 制動時單片碟簧的變形量為，碟簧的彈力為，即所產(chǎn)生 的制動力： （4-31） 解除制動時的變形量為，碟簧的彈力為,則打 開摩擦片所需的間隙為： （4-32） 因成線性關(guān)系，故 取, 則 （4-33） 2、碟簧對合組數(shù)的計算 （4-34） 3、碟簧自由高度的計算 （4-35） 得 4、碟簧組的軸向尺寸 57.6+16+3=76.6 （4-36） 徑向尺寸為：35.5mm4.4.6 碟簧方案的校核方案一的校核： 有一個由7片碟簧A31.5對合組合碟簧，受預(yù)加負(fù) 荷,工作負(fù)荷 碟簧負(fù)荷： 當(dāng)，即碟簧壓平時，上式簡化為： （4-37） 在式（4-37）中： 單個碟簧的載荷（N）； 壓平時碟簧載荷計算值（N）； 碟簧厚度（mm）； 碟簧外徑（mm）； 單片碟簧變形量（mm）； 碟簧壓平時變形量的計算值（mm）； E彈性模量; 泊松比； 、折減系數(shù) 表4-3 的影響系數(shù) 、 1.94 0.682 1.206 1.355 1.93 0.6525 1.2035 1.351 注：對于無支撐面的碟簧 由表4-2,4-3得 （4-38）因此： （4-39）圖4-7 按不同或計算的單個碟簧的特性線由圖4-7，按=0.4.查出故 （4-40）圖4-8碟簧疲勞破壞關(guān)鍵部位 由圖4-8，按可得疲勞破壞關(guān)鍵點為II點，如圖4-9 圖4-9 計算碟簧時的應(yīng)力點示意圖 （4-41） 使（4-41）中： E彈性模量（）； u泊松比； t碟簧厚度（mm）； D碟簧外徑（mm）； f單片碟簧變形量（mm）； 碟簧壓平時的變形量的計算值（mm）； 、折減系數(shù) 查表4-2,4-3得： 當(dāng)mm時， （4-42） 當(dāng)時， （4-43) 圖4-10 1.25mmt6mm碟簧的極限應(yīng)力曲線 因，故不能滿足疲勞強度要求。因此該方案不可行。方案二的校核： 有一個由6片碟簧A35.5對合組合碟簧，受預(yù)加負(fù)荷,工作負(fù)荷 碟簧負(fù)荷： 當(dāng)時，即碟簧壓平時，上式簡化為： 由表3-2,3-3得因此：由圖4-7，按=0.4.查出故 由圖4-8，按可得疲勞破壞關(guān)鍵點為II點，如圖3-6 查表4-2,4-3得： 當(dāng)mm時， 當(dāng)時， 碟簧的計算應(yīng)力幅：=294由圖4-10在處查得：N=時疲勞強度上限應(yīng)力為： 即疲勞強度應(yīng)力幅為：=355.7因，故能滿足疲勞強度要求。因此方案二可行，選取。4.4.7 碟簧組設(shè)計方案的有關(guān)數(shù)據(jù)1、 碟簧規(guī)格：A2-35.52、 對合碟簧形式：復(fù)合3、 單片碟簧制動時要求所需的變形量=0.374、 單片碟簧制動時要求所需的變形力=3000N5、 單片碟簧加大預(yù)加載荷時的力=3200N6、 單片碟簧加大預(yù)加載荷時的變形量=0.427、 單片碟簧工作載荷=4400N8、 單片碟簧工作變形量=0.549、 碟簧組磨損極限（-）y=0.3 10、單片碟簧由解除制動到制動狀態(tài)時的變形量=-=0.12 11、復(fù)合碟簧組由解除制動到制動狀態(tài)時的變形量=*y=0.72 12、碟簧組自由高度=57.6 13、取碟簧組數(shù)m=1214、預(yù)變形時，點的應(yīng)力=884.3N 預(yù)變形時，點的應(yīng)力=1178.3N15、碟簧的計算應(yīng)力幅=29416、碟簧的疲勞強度應(yīng)力幅=355.717、摩擦副的個數(shù)：n=12片18、鋼片粉片間隙值?。?.07 19、對合組數(shù)：6組4.5 濕式多盤制動器摩擦材料的選擇4.5.1 兩種類型的摩擦材料 理想的濕式摩擦材料應(yīng)具有以下性能：高摩擦材料，穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，高的導(dǎo)熱性與耐熱性，高的耐磨性等。我國普遍應(yīng)用的濕式摩擦材料是燒結(jié)金屬摩擦材料和紙基摩擦材料。 燒結(jié)金屬摩擦材料是將不同金屬粉末加些石墨、硫、錫或鉛等粉末高壓成型再經(jīng)過高熱燒結(jié)而成的多孔質(zhì)金屬材料。它的導(dǎo)熱性好可以承受較高的工作溫度。燒結(jié)金屬硬度高彈性和壓縮性都較差。燒結(jié)金屬中石墨的彈性模量僅為銅的6%-8%，可以認(rèn)為石墨也是一種孔降低了燒結(jié)金屬的彈性模量。燒結(jié)金屬是多孔隙結(jié)構(gòu)但它沒有內(nèi)部相連的孔隙結(jié)構(gòu)許多孔都是不通孔，不能讓機(jī)油流過燒結(jié)的整個結(jié)構(gòu)，對冷卻機(jī)油的利用率低?？傮w上可以認(rèn)為燒結(jié)金屬是大彈性模量、低孔隙度及非吸收性的摩擦材料。紙基摩擦材料由纖維素纖維高性能纖維特殊的顆粒和添加劑以及不同的粘接劑制成是軟而多孔的材料，沿厚度方向結(jié)構(gòu)均勻