輪邊式全封閉濕式多盤制動器設計畢業(yè)設計

.本科畢業(yè)論文(設計)題目：輪邊式全封閉濕式多盤制動器設計學院：工程學院 60 / 65輪邊式全封閉濕式多盤式制動器設計摘要：無軌膠輪輔助運輸，是我國煤礦生產中新型的運輸方式,由于它運輸快捷、機動靈活、用人少、效率高等特點, 成為我國煤礦高產高效礦井輔助運輸?shù)陌l(fā)展方向。但是為了滿足無軌膠輪車輛對制動系統(tǒng)防爆。防水等特殊要求,必須采用更加合理的制動器。本文通過對車輛制動器的作用、分類、結構以與原理的詳細介紹，分析了濕式多盤制動器的優(yōu)點與其工作原理，結合本課題無軌輔助運輸設備所需的制動性能，依據(jù)常規(guī)全封閉濕式多盤制動器的結構特點和其工作原理，來設計符合無軌輔助運動車輛的制動器，關鍵字：盤式制動器；制動力矩；碟簧the Design of Wheel-side fully enclosed wet multi-disc brake Abstract：The trackless assisted transportation, a new mode of transport in China's coal production, is high yield and efficiency direction of developmentin China coal mine auxiliary transport.becauseoftransport fast, flexible, employers, and high efficiency characteristics. But In order to meet of trackless rubber tire vehicles the special requirements ofthe braking system, exampleexplosion-proof, waterproof and so on , we must adopt the of a more reasonable brake. The paperdetailed introduce the function, classification, structureand working principle of Vehicle brake,Analysis of 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.To design vehicle brakethe trackless supplementary motor need.Key words：Wet multi-disc brake； Braking torque； Disc spring目錄前言1第1章 汽車制動器21.1 汽車制動器的作用21.2 汽車制動器的分類31.3 塊式制動器和盤式制動器41.4 濕式多盤式制動器的分類與其原理5第2章 制動器理論分析72.1 設計原始參數(shù)72.2 汽車制動性能72.3 制動時詳細分析82.3.1 制動時受力分析82.3.2 地面制動力82.3.3 制動器制動力Fu的分析92.3.4 附著系數(shù)f92.3.5 制動車輛制動效能102.3.6 制動器制動力的比例關系11第3章 濕式多盤式制動器的計算133.1 設計原則133.2 整車制動力矩計算133.2.1 制動減速度的計算133.2.2 整車所需的最大制動力矩的計算143.2.3 前后橋制動器的制動力153.3 彈簧的計算（后制動器）163.3.1 彈簧的選取163.3.2 碟形彈簧種類163.3.3 制動器碟簧運動的規(guī)律173.3.4 碟簧方案的選取183.3.5 碟簧方案的校核213.3.6 碟簧組設計方案有關數(shù)據(jù)26第4章 制動器設計方案304.1 制動器總體結構：304.2 局部零件設計方案304.2.1 摩擦片選取與布置304.2.2 動殼零件的設計314.2.3 活塞零件的設計324.2.4 動壓盤和靜壓盤零件設計324.2.5 靜殼零件的設計324.2.6 碟簧組分布324.3 典型零件校核和加工工藝334.3.1 活塞上花鍵校核（花鍵承載能力計算法）：334.3.2 螺栓的校核394.3.3 活塞加工工藝（見附表1）41第5章 總結42參考文獻：43致44外文翻譯45附件一57前言煤礦地下輔助運輸可分為軌道輔助運輸和無軌輔助運輸兩種。軌道輔助運輸以鋪設雙軌或懸吊單軌為主要特征；而無軌輔助運輸則以膠輪或履帶為行走機構，采用防爆柴油機、蓄電池等為牽引動力。無軌膠輪車性能可靠，運輸效率高，可保征煤礦的高產高效與安全生產，并獲得極佳的經濟效益。無軌輔助車輛在我國屬新型的運輸方式，時間雖然不長,但從使用后的效果來看,的確顯示出運輸快捷、機動靈活、用人少、效率高等特點,是我國煤礦高產高效礦井輔助運輸?shù)陌l(fā)展方向。隨著現(xiàn)代采礦技術的發(fā)展，無軌運輸是改變我國傳統(tǒng)、落后礦井運輸方式的最佳選擇，是提高礦山生產效率的有效保障。它解決了長期以來輔助運輸制約礦山生產能力的瓶頸問題，為提高礦山生產能力創(chuàng)造了條件。無軌膠輪輔助運輸隨著我國現(xiàn)代化礦井的建設的發(fā)展以與對輔助運輸效率的提高，無軌輔助運輸由于其靈活性、便捷性以與在生產中的強大功能和多種用途使其在許多超大型礦井中占有重要地位。為了使無軌輔助運輸行駛速度和工作效率有更好的提高，人們一直都在研究并且改進，而通過改進制動器就是其中一種方法，因為制動性能是車輛的重要性能之一，良好的制動性能是車輛安全行駛的重要保障。本次畢業(yè)設計就是對無軌輔助運輸車輛的全封閉濕式多盤式制動器的結構進行改進的。這次畢業(yè)設計需要運用我們大學所學的有關機械課程中的基本理論知識以與在生產實習中學到的實踐知識，通過對制動器受力分析和其工作原理的了解，正確地設計制動器中所需的各個零件和掌握每個零件在加工中的定位、工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，來保證每個零件的加工質量以與保證所設計出的制動器結構合理，原理正確。第1章 汽車制動器 汽車制動器是汽車上用以使外界(主要是路面)在汽車某些部分(主要是車輪)施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。1.1 汽車制動器的作用制動器作用是：使行駛中的汽車按駕駛員的要求進行強制減速甚至使其停車；使已停駛的汽車在各種道路下(包括坡道)穩(wěn)定駐車；使正下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定。而對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上并且方向與汽車行駛方向相反的外力，而這些外力的大小都是隨意的、不可以控制的，因此汽車上就必須安裝一系列專門裝置用來實現(xiàn)上述功能。汽車制動器是指為了在技術上保證汽車的安全行駛，提高汽車的平均速度等，而在汽車上安裝專門制動裝置的制動機構。1.2 汽車制動器的分類汽車制動器一般包括行車制動裝置和停車制動裝置兩種獨立的裝置。其中行車制動裝置是由駕駛員用腳來操縱的，所以又稱腳制動裝置。停車制動裝置是由駕駛員用手操縱的，所以又稱手制動裝置。行車制動裝置的功能是使正在行駛的汽車減速或在最短的距離停車。而停車制動裝置的功能是使已經停在各種路面上（包括坡道）的汽車保持靜止不動。但是，有時在緊急情況下，兩種制動裝置可以同時使用使其增加汽車制動效果。但是有些特殊用途的汽車和經常在山區(qū)行駛的汽車，由于長期而又頻繁地制動將會導致行車制動裝置過熱，所以在這些汽車上往往會增加各種不同型式的輔助制動裝置，使其在運行時穩(wěn)定車速。制動器還可以分為摩擦式和非摩擦式兩大類。摩擦式制動器是靠制動件與運動件之間的摩擦力制動；而非摩擦式制動器通過其結構形式可分為磁粉制動器（利用磁粉磁化所產生的剪力來制動）、磁渦流制動器（利用調節(jié)勵磁電流來調節(jié)制動力矩的大小而是汽車制動）和水渦流制動器等。按照制動件所處工作狀態(tài)還可以分為常閉式制動器（常處于緊閘狀態(tài)，需施加外力才可以解除制動）和常開式制動器（常處于松閘狀態(tài)，需施加外力才可以進行制動）。按照操縱方式可分為人力、液壓、氣壓和電磁力操縱的制動器。按照制動件的結構形式可以分為外抱塊式制動器、蹄式制動器、帶式制動器以與盤式制動器等；我們經常見到的就是塊式制動器和盤式制動器1.3 塊式制動器和盤式制動器塊式制動器也叫鼓式制動器，是一種傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，他是通過制動塊在制動輪上壓緊來實現(xiàn)制動的，現(xiàn)在的鼓式制動器主要是式，它的制動塊位于制動輪的側，在制動的時候制動塊向外開，摩擦制動輪的側，達到制動的目的。其結構圖如下面1-1所示:圖1-1 鼓式制動器1.制動器定位彈簧 2.推桿 3.調整楔 4.制動輪缸 5.制動底板 6.制動蹄摩擦襯片 7.調整楔拉簧 8.下回位彈簧 9.上回位彈簧 10.制動桿 11.限位彈簧 12.彈簧座這種制動器的優(yōu)點是有良好的自剎作用；而且因為它的制造技術層次較低，也是最早使用的剎車系統(tǒng)，因此制造成本要比碟式剎車低。但是也有很多缺點，鼓式制動器的制動效果和散熱性要差許些，它制動力的穩(wěn)定性也不好，在不同路面上的制動力變化很大，不容易于掌握。并且由于散熱性能差，在制動過程中會集量的熱量。會使制動塊和輪鼓在高溫影響下發(fā)生極為復雜的變形，容易產生制動衰退和振抖現(xiàn)象，使得制動效果變差。而且鼓式制動器在使用一段時間后，需要定期調整剎車蹄的空隙，甚至要把整個剎車鼓拆出清理累積在的剎車粉；由于鼓式制動器是通過剎車來令片密封于剎車鼓，造成剎車來令片磨損后的碎削無法散去，影響剎車鼓與來令片的接觸面從而影響剎車性能。而且在下雨天沾了雨水后會發(fā)生打滑現(xiàn)象，嚴重時會造成剎車失靈的狀況。盤式制動器又稱為碟式制動器，是取其形狀而得名的。它是由液壓控制，制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉動。其結構圖如下1-2所示：圖1-2 盤式制動器盤式制動器散熱快、重量輕、構造簡單、調整方便。特別是高負載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，盤式制動器沿制動盤方向施力，制動軸不會受彎矩，徑向尺寸小，制動性能穩(wěn)定。但是它的成本高。與鼓式制動器相比，它沒有摩擦助勢作用，因而制動器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，所以效能較穩(wěn)定；浸水后效能降低較少，而且只需要經一兩次制動就可恢復正常；而且輸出制動力矩一樣的情況下，尺寸和質量一般較小；制動盤沿厚度方向的熱膨脹量也很小，它不會像制動鼓的熱膨脹那樣使得制動器的間隙明顯增加從而導致制動踏板行程太大；它很容易實現(xiàn)間隙自動調整，其它得保養(yǎng)修理作業(yè)也非常簡單。所以現(xiàn)在車輛制動器多采用盤式制動器。對于那些在工程礦山使用的機械車輛來說，由于它們通常是在路面極差（坡度陡、彎道多、經常有積水等）的煤礦井下工作,運行環(huán)境惡劣,巷道路面崎嶇不平,巷道多粉塵和煤泥,常有積水,并含有瓦斯,所以它們使用的制動器,除了要滿足一定的制動力外,還必須具有防爆、防水、抗污染和穩(wěn)定可靠的特性；而且車輛本身質量和負載很大，為了追求更高的工作效率，就要使其車速提高很多，則對制動器的性能要求就更加嚴格了。因為制動器性能的優(yōu)劣直接影響到整車的性能。而其中盤式制動器中的全封閉式實施多盤制動器特別適用于煤礦井下作業(yè)。與傳統(tǒng)的蹄鼓式制動器和鉗盤式制動器相比,全封閉多盤濕式制動器具有以下特點:1.工作面積大，在較小的體積下具有較大的制動力矩，元件承受的壓力相應低；2.能長距離連續(xù)制動,在產生較高溫度時,不會引起失控和失爆；3.全封閉結構,使車輛在煤礦井下泥水路面行駛時,確保制動可靠；4.多片摩擦,使摩擦片上單位面積受壓小,熱穩(wěn)定性好；摩擦片可以浸在油中進行冷卻，散熱條件好，大大提高了它的使用壽命；5.易于實現(xiàn)系列化、標準化；只需要通過簡單地改變摩擦片的數(shù)目，就可以得到很多不同制動力矩的制動器；6.使用維修都很方便，間隙不需要調整；這些優(yōu)點使得全封閉濕式多盤制動器替代傳統(tǒng)的蹄鼓式制動器,它會徹底解決了井下多泥水引起的制動失靈、失效的難題,從真正意義上實現(xiàn)了膠輪車輛制動系統(tǒng)的防爆與安全,可以極改善車輛制動的平穩(wěn)性和對煤礦井下惡劣環(huán)境的適應性。為了車輛在井下工作安全,所以多采用性能較好的全封閉式濕式多盤式制動器。1.4 濕式多盤式制動器的分類與其原理濕式多盤式制動器按照結構與其原理可以分為普通型濕式多盤式制動器、濕式多盤失壓制動器和多功能濕式多盤式制動器三種。普通型實施多盤式制動器是采用壓力操縱來制動，卸壓后彈簧解除制動。壓力又進入制動油腔，作用在一個與摩擦片外徑一樣大小的活塞上，從而推動活塞來壓緊摩擦片進行制動。這種制動器一般安裝在汽車的輪端，作為行車制動，它需一個液壓系統(tǒng)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，會給汽車安全行使帶來不便。為了保證汽車安全行駛就必須安裝一個停車制動器，停車制動器一般采用失壓制動，兩套制動器雖然保證了汽車的安全性，但是增加了零件的數(shù)量。濕式多盤失壓制動器是一種安全型濕式多盤式制動器，除了具有濕式多盤式制動器的特點以為對于汽車的安全行駛也起到非常重要的作用。使用濕式多盤失壓制動器可以使液壓制動系統(tǒng)簡化，不需要第二套制動器，行車制動、停車制動和緊急制動都可以通過此制動器完成，不需要增加停車制動器，給汽車總體結構帶來方便，實施多盤失壓制動器采用彈簧進行制動，當制動管道的油壓到了一定時就會推動活塞壓緊摩擦片解除制動，踏下制動板時油壓卸荷，彈簧就會推動活塞壓緊摩擦片進行制動，當制動管道由于其他原因失壓時，制動器會自動進行制動以確保汽車安全行駛，但是由于此制動器使用彈簧進行制動，對于那些常常使用的汽車彈簧會由于長期受到疲勞載荷，對彈簧的剛度、抗疲勞強度都必須很高。多功能濕式盤式制動器是結合了以上兩種濕式制動器的特點，它在結構上運用了兩個活塞，兩種制動方式。行車制動與停車制動分別有兩個不同油壓的油路操縱，行車制動力距是通過壓力油作用在行車制動器的活塞上來產生的，當行車制動器的活塞腔注入壓力油時，活塞會推動動壓板使摩擦片壓緊產生摩擦力，此時摩擦力形成阻力矩使車輪制動；解除行車制動時則需要把壓力油卸掉，行車制動器的活塞在彈簧恢復作用下離開動壓板從而使摩擦片松開，使得摩擦阻力消除，是汽車解除制動。停車制動力由壓縮彈簧產生，行車時，駐車活塞腔進入壓力油并且達到一定值時壓力油作用在活塞上使它離開壓板并且壓縮彈簧，使汽車處于非停車制動狀態(tài)，摩擦片的脫離和壓緊僅與行車制動器活塞的動作有關，停車制動或者發(fā)動機出現(xiàn)故障時，壓力油卸掉，彈簧在彈力的作用下推動活塞進而推動壓板，是摩擦片壓緊從而產生摩擦力，并且形成摩擦阻力使車輪制動，而且在制動過程中摩擦片始終浸在液壓油中會使制動平穩(wěn)，磨損大大減少，使的使用壽命增加。 濕式多盤失壓制動器是一種安全型濕式多盤制動器,它除了具有普通型濕式多盤制動器的特點外,還可以使液壓系統(tǒng)大大簡化, 不需要第2 制動系統(tǒng)。工作制動、停車制動都由此制動器完成，無需另加停車制動器, 給總體布置帶來方便。所以在礦井下的無軌輔助運輸車輛的制動器采用此制動器。第2章制動器理論分析2.1 設計原始參數(shù)1.在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=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16o時保持靜止，整車最大裝載質量4000kg,整車整備質量3000kg。3.車輛應設置工作制動，工作制動的最大靜態(tài)制動力應大于整車的最大質量的50%。4.車輛應設置停車制動，停車制動應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16O的坡道上能保持靜止狀態(tài)。2.2 汽車制動性能汽車制動性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是汽車檢測診斷的重點。汽車具有良好的制動性能，遇到緊急情況，可以化險為夷；在正常行駛時，可以提高平均行駛速度，從而提高運輸生產效率。汽車制動性能通常是由制動效能、制動效能恒定性和制動時汽車方向穩(wěn)定性這三個方面來評價的。制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標。它是由制動力、制動減速度、制動距離、和制動時間來評定；制動距離是指車輛在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板(或手觸動制動手柄)時起至車輛停住時止，車輛駛過的距離。制動距離與踏板力以與地面的附著情況有關；制動距離越短性能越好；制動減速度反映了制動時汽車速度降低的速率，與地面制動力與制動器制動力有關，制動減速度越小性能越好；制動時間是制動過程所經歷的時間，時間越短性能越好。制動效能恒定性是指制動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、短時間重復制動或下長坡連續(xù)制動時，制動器溫度上升，摩擦力矩顯著下降這些現(xiàn)象。水衰退性是指當車輛涉水后，制動器因為進水使其短時間制動效能降低這種現(xiàn)象，這是由于制動器進水后摩擦系數(shù)下降，使其制動效能降低，不過由于制動器工作時會散熱，就會使水迅速蒸發(fā)，使得制動效能恢復。制動時汽車方向穩(wěn)定性是指制動時汽車按給定軌跡的行駛能力，即防止汽車制動時跑偏、側滑和失去轉向能力。但是因為設計車速要求為20km/h,一般不會發(fā)生此類現(xiàn)象，根據(jù)設計原則故不作參考。2.3 制動時詳細分析2.3.1 制動時受力分析圖2-1 受力分析車輪制動器的摩擦力矩（N·m） 地面制動力（N）車輪對地面的作用力（N） 車輪半徑（m） 地面對車輪的支持力（N）車軸對車輪的作用力（N）說明：前橋和后橋載荷分配時1:1。根據(jù)圖2-1所示和是一對作用力和反作用力，所以有：。2.3.2 地面制動力地面制動力是使汽車制動減速行駛的外力，它取決于：1.制動器的摩擦片、制動盤的摩擦力矩。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。制動時沒有制動時2.3.3 制動器制動力的分析制動器制動力是指在輪胎周圍殼服制動器摩擦力矩所需要的力；即。影響制動器的制動力的因素是地面制動力和制動器結構參數(shù)決定；它取決于制動器結構，而制動器的摩擦副的摩察系數(shù)與車輪半徑有關，并與制動器踏板力FP與制動器的液壓或氣壓成正比。對于地面制動力、制動器制動力、地面附著力關系一般情況下只考慮制動時車輪做滾動和抱死兩種情況：1汽車制動車輪滾動時：地面制動力= 制動器制動力FU。2車輪抱死拖滑是：地面制動力為極限值你，并且小于地面附著力。即：所以地面制動力、制動器制動力、地面附著力的關系如圖所示：圖2-2由圖可知首先取決于，但又受附著條件限制，只有當汽車具有足夠的制動氣制動力，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。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)，一般用平均附著系數(shù)，峰值附著系數(shù)，滑動附著系數(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，輪胎結構以與車輛運動速度等。2.3.5 制動車輛制動效能1 制動減速度:在不同路面上制動時，地面制動力有所不同，但考慮到最大附著力時地面制動力 (水平路面上) （2-1）（2-2）G重力（N）g重力加速度9.8m/s2故制動減速度的極值:一般情況下車輪不抱死制動，所以:2 制動距離S():（2-3）（2-4）制動初速度20km/h消除制動器間隙所用時間（s）制動力增長過程所用時間（s）最大制動減速度(m/s2)可見決定制動器距離的主要因素是：制動器起作用的時間和最大制動減速度。2.3.6 制動器制動力的比例關系1.地面對前后輪法向反作用力、決定于、，如圖所示：圖2-32.力和力矩的關系以為研究對象，力和力矩的平衡方程式： (2-5)以為研究對象，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（前后輪抱死制動）：此時：（2-9）把（2-9）代入（2-7）、（2-8）得到：（2-10）此時制動器制動力取得極限值第3章濕式多盤式制動器的計算3.1 設計原則1.在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=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16o時保持靜止，整車最大裝載質量4000kg,整車整備質量3000kg，總載荷為7000kg。3.車輛應設置工作制動（使車輛減速與至停止行駛的制動情況），工作制動的最大靜態(tài)制動大于50%整車的最大質量。4.車輛應設置停車制動（使車輛在平路或坡道上靜止不動的制動情況），停車制動應在車輛運行和停止運行時都起作用，停車制動裝置要保證在規(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狀況。5.要保證車輛可以緊急制動（使車輛在緊急狀況下迅速停止行駛的制動情況）。6.已知汽車輪胎的型號為11.00-20，半徑為0.519m。3.2 整車制動力矩計算3.2.1 制動減速度的計算 1.不考慮制動延遲時的制動減速度： (3-1)2.考慮制動器延遲時間時的制動減速度：表3-1 制動類型延遲時間的選取制動類型時間彈簧制動0.5s液壓盤式制動0.35s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（3-1）知延遲時間為0.5s，得到： (3-2)此時因制動延遲運行的制動距離為： (3-3)由（3-1）、（3-2）知最大制動減速度: (3-4)3.2.2 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:整車工作質量（kg）輪胎半徑（m）最大制動減速度(m/s2)所以：（3-5）2.按整車在160的坡道上駐車制動計算整車制動力矩: (3-6)選取最大整車制動力矩：（3-7）考慮一定的制動扭矩設備，儲備系數(shù)為1.21.4,取1.3；可得知整車最大制動力矩為:（3-8）按照制動時載荷分配可知制動前后橋所需制動力矩為：（3-9）3.2.3 前后橋制動器的制動力:1.（3-10）摩擦系數(shù)0.080.1，取0.095 摩擦副個數(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半徑式3-11求得：3.摩擦副個數(shù)與折減系數(shù)關系:表3-1n24681012k0.990.980.970.960.950.94取摩擦副個數(shù)8，折減系數(shù)0.96。4.制動力：根據(jù)式（3-10）可得： (3-12)把（3-9）、代入式（3-12）中得：3.3 彈簧的計算（后制動器）3.3.1 彈簧的選取矩形彈簧的特點：特性呈線性，剛度穩(wěn)定，結構簡單。普通彈簧的特點：雖然行程夠，但是力不足。碟形彈簧的特點：1. 碟形彈簧在較小的空間承受極大的載荷。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，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。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，可以適應很廣泛的使用圍，這就使備件的準備和管理都比較容易。4. 在承受很大載荷的組合彈簧中，每個碟片的尺寸不大，有利于制造和熱處理。當一些碟片損壞時，只需個別更換，因而有利于維護和修理。5. 正確設計、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。設計的制動器屬于失效安全性濕式多盤式制動器制動器，它是通過彈簧來只制動的，所以需要的彈簧而且在強度、變形力與壽命都有很高的要求，結合以上三種彈簧的特性，碟形彈簧最符合設計要求。3.3.2 碟形彈簧種類碟簧的設計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、對合、復合這三種型式：1.疊合組合：由n個同方向、同規(guī)格的碟簧組成。如下圖：圖3-1 2.對合組合:由n個相向同規(guī)格的碟簧組成。如下圖：圖3-23復合組合：有疊合與對合組成。如下圖：圖3-33.3.3 制動器碟簧運動的規(guī)律1.在所設計的制動器碟簧安裝完畢后，螺栓給碟簧施加壓力，使其壓縮然后達到制動，一旦車輛發(fā)動，液壓系統(tǒng)油壓達到一定值，會再次壓縮碟簧，最終解除制動。所以說從開始制動到接觸制動碟簧會壓縮兩次：第一次壓縮到時使其制動，第二次壓縮到時使制動解除。如下圖所示：圖3-4當平壓時，存在(0.75是最大變形) （3-13）2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計中需要碟簧為復合類型，下表為設計的兩種方案的預選參數(shù)：表3-2兩種方案預選參數(shù)方案摩擦副n碟簧組組數(shù)m摩擦片間隙一8100.2二8140.3方案一的計算：1.預選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.2。一組復合碟簧所需產生的制動力為: (3-14)需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動力:(3-15)考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關系取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）碟簧徑（mm）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（N）單片碟簧變形量（mm）設對合數(shù)y。,因呈線性關系，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.碟簧對合數(shù)的計算： (3-19)將（3-17）代入上式，求得：,所以取15對合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方案二的計算：1.預選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.3。一組復合碟簧所需產生的制動力為: (3-22)需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動力:(3-23)考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關系取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設對合數(shù)y。,因呈線性關系，所以有式（3-13）存在，可知的變形量: (3-24)得： (3-25)打開摩擦片所需間隙為: (3-26)2.碟簧對合數(shù)的計算： (3-27)將（3-17）代入上式，求得,所以取19對合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:有一個由10對合、兩疊合碟簧A2-31.5 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預加載荷,工作載荷；碟簧負荷：當,即碟簧壓平時，上式化簡為： (3-30)式中單個碟簧的載荷(N)壓平時碟形彈簧載荷計算值（N） 碟簧厚度(mm)碟簧外徑（mm）單片碟簧的變形量（mm）碟簧壓平時變形量的計算值（mm）彈性模量（）泊松比折減系數(shù)系數(shù)得值可根據(jù)從下表中查取：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鍵部位：圖3-6 碟簧疲勞破壞關鍵部位由上圖，按,可得疲勞破壞關鍵點為點：如圖3-7所示：圖3-7 計算碟簧時的應力點示意圖點的應力是： (3-32)式中（3-32）中：由表3-3、表3-5、式3-32求得：當則求出碟簧計算應力幅：通過查看下圖3-8：圖3-8 彈簧的極限應力曲線由上圖3-8中在處時，疲勞強度上限應力為,可求得疲勞強度應力幅為：因為，所以滿足疲勞強度要求，所以此次方案滿足設計要求。方案二的校核:有一個由14對合、兩疊合碟簧A2-28 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預加載荷,工作載荷；碟簧負荷：當,即碟簧壓平時，上式化簡為： (3-33)由表（3-3）、表（3-4）、式（3-32）得：因此: (3-34)由圖3-5，按照查出：故：由圖3-6，按,可得疲勞破壞關鍵點為點：如圖3-7所示點的應力是： (3-35)由表3-3、表3-5、式3-35求得：當則求出碟簧計算應力幅：通過查看圖3-8中在處時，疲勞強度上限應力為,可求得疲勞強度應力幅為：因為,所以不滿足疲勞強度要求，所以此次方案不滿足設計要求。從這兩方案中得知第一種方案符合設計要求。3.3.6 碟簧組設計方案有關數(shù)據(jù)通過計算可知方案一符合設計要求，所以碟簧組所需設計的有關參數(shù)如下:1.碟簧規(guī)格： A2-31.5 GB/T 1972-20052.復合碟簧形式疊合兩片對合15片 3.單片碟簧制動時要求所需的變形量:得：4.單片碟簧制動時要求所需的變形力:5.單片碟簧加大預加載荷的力:6.單片碟簧加大預加載荷時的變形量: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到制動狀態(tài)時的變形量:11.復合碟簧組由解除制動到制動狀態(tài)時變形量：12.校核：疲勞破壞關鍵點在點，校核通過。13.碟簧組自由高度:14.碟簧組預加載荷高度15.碟簧組工作載荷高度16.摩擦片比壓: (3-36)式中：復合碟簧對合數(shù)；復合碟簧疊合數(shù)；摩擦片面積； (3-37)將式（3-36）代入（3-35）得：17.預取碟簧組數(shù):18.預變形時，點應力為:19.預變形時，點應力為:20.碟簧的計算應力幅:21.碟簧的疲勞強度應力幅：因，故可以滿足疲勞強度的要求。即碟簧組如圖3-9所示：圖3-9 碟簧組合第4章制動器設計方案4.1 制動器總體結構：如下圖，4-1時設計出的制動器的總體結構，他有兩部分組成，一個是高壓油腔，另外一個是潤滑油腔，它主要是由靜殼4、活塞6、靜壓盤7、鋼片8、粉片9、動殼10、動壓盤11、碟簧組14這些主要零件構成的，工作原理是通過彈簧制動，液壓釋放；通過幾組碟形彈簧組14壓縮作用到壓盤，使動壓盤11移動，將彈簧力傳遞到摩擦片上，使得粉片8和鋼片9壓緊，就會使車輛產生制動；當活塞腔充液后，活塞6就會產生右移會再次壓縮碟形彈簧組14，這時鋼片8和粉片9就會逐漸脫離接觸，時車輛解除制動。圖4-1 設計的制動器整體結構方案1.進油口 2.法蘭3.O型圈4.靜殼 5.浮封環(huán) 6.活塞 7.靜壓盤 8.鋼片9.粉片 10.動殼 11動壓盤12后輪轂螺栓 13螺栓 14.碟簧組 15.輪轂16.O型圈4.2局部零件設計方案4.2.1 摩擦片選取與布置用于制動器的摩擦材料，通常在很高的剪力和溫度條件下工作，要求這類材料能吸收動能，并將動能轉化熱能散發(fā)到空氣中。其工作溫度和溫升速度是影響性能的主要因素，制動器工作時，吸收的能量越大，完成制動時間越短，則溫升越高，摩擦材料的工作溫度如超過許用工作溫度，性能會顯著惡化，對摩擦材料的基本性能如下：1.摩擦因數(shù)越高而穩(wěn)定，具有良好的恢復性能；2.耐磨性好，允許壓強大，又不損傷對偶材料；3.有一定的耐油、耐濕、抗腐蝕與抗膠合性能；4.有一定的機械強度和良好的制造工藝性。 在這次設計的摩擦片材料銅基粉末，許用壓強可達2.74-3.92MPa.通過計算可知摩擦片共有7個，粉片9和鋼片8是相間排列的，鋼片要比粉片多一個，所以粉片需要3個，鋼片需要4個，它們的排列結構如下圖所示：圖4-24.2.2 動殼零件的設計鋼片8外花鍵應該和動殼10的花鍵相配合，在制動器安置在車輛上需要用后輪轂螺栓12把動殼10和輪轂相連接，動殼10和后輪轂螺栓12時采用過盈配合.為了防止?jié)櫥颓宦┯托枰趧託?0和輪轂配合安裝O型圈16，所以在動殼10上需要設計O型圈溝槽，通過查手冊可以知其所選O型圈16規(guī)格和其相應的溝槽尺寸，并且在動殼10和靜殼4接觸處也要安裝浮封環(huán)5進行密封，通過相關資料找出所需那種型號以與其溝槽尺寸；其結構如下圖所示：圖4-3 動殼結構4.2.3 活塞零件的設計而粉片9的花鍵應該和活塞6的外花鍵相配合，活塞花鍵邊考慮到加工應該留有退刀槽，活塞頭部需要安裝在靜殼4的活塞腔，但是由于活塞6和靜殼4有相對運動，所以活塞6頭部和靜殼4要留有一定間隙。而且碟簧組14需要安裝在活塞6的彈簧腔，為防止油從活塞6與靜殼4相接處漏出，所以在活塞需要安裝O型圈3，就要設計出其所需的溝槽尺寸，通過查手設計冊即可得出它們的尺寸；其結構如下圖所示：圖4-4 活塞結構4.2.4 動壓盤和靜壓盤零件設計在摩擦片兩側的鋼片8要和壓盤7、11緊貼著，動壓盤11和靜壓盤7的最大徑向尺寸和粉片9外徑相關，靜壓盤7和動壓盤11的最小徑向尺寸要和鋼片8徑相關，靜壓盤7緊貼靜殼4并與之緊固為一體，動壓盤9和活塞6緊貼用螺栓緊固為一體。在靜壓盤7上要留有通氣口，而且要和靜殼4用螺栓緊固在一起，因為活塞6存在軸向運動，所以軸向方向和活塞6之間也要留有一定間隙。4.2.5 靜殼零件的設計在靜殼4上有與活塞6腔相通的進油接口和排空嘴。而且要有與靜壓盤想通的通氣孔，而且留有與法蘭2相接螺栓孔，4.2.6 碟簧組分布通過前面計算可知碟簧組有10組。疊在一起的碟形彈簧組14通過螺栓來連接，碟簧組13兩側分別要壓在彈簧腔底和動壓盤9上。而且要用螺栓13來固定。則碟簧組分布可以如下圖所示：圖 4-5 10組碟簧組分布圖在潤滑油腔設計進油接口和放油塞。安裝制動器時不僅要動殼和輪轂連接，靜殼也要與法蘭用螺栓相連接。在設計過程中所需要一些標準零件如螺栓、墊圈、O型圈等都需要我們查設計手冊來完成，而且在設計零件時還要查出它們所需的形位公差。4.3典型零件校核和加工工藝 活塞零件：圖4-6 活塞4.3.1 活塞上花鍵校核（花鍵承載能力計算法）：活塞和摩擦片的花鍵副制動器輸入轉矩,活塞外花鍵結合長度,所選條件是45號鋼，硬度為，屈服強度為,抗拉強度.1.載荷計算名義切向力:（4-1）分度圓直徑(mm)（4-2）式4-1得：單位載荷:（4-3）分度圓上壓角式4-3得2.齒面接觸強度計算齒面壓應力:（4-4）工作齒高（mm）（4-5）外花鍵大徑基本尺寸（mm）花鍵小徑基本尺寸（mm）式4-5得：式4-4得齒面許用壓應力:（4-6）齒面接觸強度的計算安全系數(shù)，取1.3；使用系數(shù)，取1.25；齒側間隙系數(shù)，取1.1；分配系數(shù)，取1.1；軸向偏載系數(shù)，取1.6；式4-6得：計算結果：滿足的強度條件，安全。3.齒根彎曲強度計算：齒根彎曲應（4-7）全齒高(mm)（4-8）外花鍵小徑基本尺寸（mm）式4-8得：花鍵齒根危險截面（最大彎曲應力處）的弦齒厚（mm）（4-9）分度圓弧齒厚（mm）漸開線起始圓直徑（mm）（4-10）基圓直徑（mm）當時，;外花鍵作用齒厚上偏差，經查表4-1得：表4-1分度圓直徑D/mm作用齒厚上偏差基本偏差h0式4-10得：,取;式4-9 得：;使4-7 得：齒根許用彎曲應力：（4-11）抗彎強度的計算安全系數(shù)，取1.3；式4-11得：計算結果：滿足的強度條件，安全。4.齒根剪切強度計算：齒根最大扭轉剪切應力（4-12）靠近花鍵收尾處的剪切應力（MPa）；（4-13）作用直徑（當量應力處的直徑）（mm）（4-14）確定作用直徑的轉換系數(shù)，可查下表4-2：表4-2類型K值輕系列矩形花鍵0.5中系列矩形花鍵0.45較少齒漸開線花鍵0.3較多齒漸開線花鍵0.15取得；式4-14得：式4-13得：應力集中系數(shù)；（4-15）外花鍵齒根圓弧最小曲率半徑（mm）；式4-15得：式4-12得：許用應力:（4-16）式4-16得：計算結果：滿足的強度條件，安全。5.齒面磨損能力計算：花鍵副在108循環(huán)數(shù)以下工作時耐磨損能力計算:齒面壓應力, 齒面磨損許用壓應力查下表4-3：表4-3值值未經熱處理20HRC調制處理28HRC淬火滲碳、滲氮淬火60HRC未經熱處理0.028×布氏硬度值40HRC45HRC50HRC調制處理0.032×布氏硬度值淬火0.3×布氏硬度值95110135170185205滲碳滲氮淬火0.4×布氏硬度值得: 計算結果：滿足的強度條件，安全?；ㄦI副長期工作無磨損時耐磨能力計算：齒面壓應力，齒面磨損許用壓應力經查表4-3得:計算結果：滿足的強度條件，安全。5.外花鍵的扭轉與彎曲強度計算：外花鍵在扭轉和彎曲的作用下，將產生彎曲應力和剪切應力，這兩種應力合成當量應力：（4-17）其中（4-18）作用在花鍵副上的彎矩（）式4-17得: 許用應力:（4-19）式4-19得計算結果：滿足的強度要求，安全。4.3.2 螺栓的校核螺栓組結構設計的主要目的是合理的確定螺栓的數(shù)目和布置形式，分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應取成偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時分度和劃線。一般來說，螺栓受載荷的形式不外乎是受軸向力和受橫向力，在軸向力的作用下，螺栓桿和螺紋部分可能發(fā)生塑性變形和斷裂；而在橫向力的作用下，當采用鉸制孔用螺栓時，螺栓桿和孔壁的貼合面上可能發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷等，所以對于受拉螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂，因而設計準則是保證螺栓的精力或疲勞拉伸強度；對于受剪螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿和孔壁的貼合面上出現(xiàn)壓潰或螺栓桿被剪斷，其設計準則是保證連接的擠壓強度和螺栓的剪切強度，其中連接的擠壓強度對連接的可靠性起決定性作用。在活塞中的螺栓其工作情況時擰緊螺栓后，再加上軸向載荷，相當于螺栓連接即受預緊力，又受橫向載荷的作用,所以螺栓的最大拉伸力為：式中：螺栓的剩余預緊力，見下表：表4-4工作情況一般連接變載荷沖擊載荷壓力容器或重要連接值得： 從前面計算可知軸向最大載荷得： 1.則螺栓所受最大拉應力：螺栓許用拉應力:式中：螺栓材料屈服點（MPa），見表4-5：安全系數(shù)，見表4-6： 表4-5 鋼號抗拉強度屈服點疲勞極限拉壓彎曲40可得： 表4-6 預緊連接的螺栓安全系數(shù)材料種類靜載荷動載荷碳鋼合金鋼可得： 得： 計算結果滿足：，所以安全。2.螺栓應力幅：式中：-相對剛度系數(shù)，見下表：表4-7墊片材料金屬（無墊片）皮革銅皮石棉橡膠0.70.80.9可得： 得： 螺栓的許用應力幅:式中：尺寸因數(shù)，；螺紋制造工藝因數(shù)，；受力不均勻因數(shù)，；螺栓材料的疲勞極限，見表4-5；缺口應力集中因數(shù)，；安全因數(shù)，；得： 計算結果：滿足，所以安全。4.3.3活塞加工工藝（見附表1）第5章 總結 制動器設計參數(shù)制動器類型后制動器載荷分布前橋載荷：后橋載荷=1:1最大制動減速的2.96最大整車制動力矩后橋制動力矩制動力制動器尺寸制動油壓3.16MPa解除制動油壓4.07MPa這次制動器的設計主要是在原來基礎上進行改進，使其符合礦井下輔助運輸?shù)囊?，雖然設計順利完成，但是其中還存在著許多不足之處，如放油塞的設計位置，靜壓盤與動壓盤的厚度設計，都需要進一步改進，但是由于時間有限所以只能在以后將其完善；在這次設計過程中許多方面都沒有考慮進去，比如散熱、制動噪音、排氣污染等問題，由于我們的學習圍有限只能將其忽略。但是在實際應用中都必須考慮到位。 參考文獻：1戴志曄. 輕型無軌輔助運輸車輛制動器的結構設計J.煤礦機械，2007,28(3)：1-3.2王晉鳳，宋恩澤，付其等.礦用防爆膠輪車的制動形式J.機械管理開發(fā)，2002,67（3）:31-33.3高夢熊，王聰，杜元元等.地下裝載機制動器的結構與設計J.礦山機械，2008（08）19-22.4王晶，茂林.車用多功能濕式多盤制動器J.礦山機械，1991(01):53-54.5業(yè)全，戴志曄.W型懸掛式防爆膠輪車制動系統(tǒng)J.