濕式多盤制動器說明書

. 本科畢業(yè)論文(設計)題目：抱軸式濕式多盤制動器學院：大學煤炭工學院 班級： 機械班 ：指導教師：職稱： 講師 完成日期： 201年 6 月 11 22 / 82抱軸式全封閉濕式多盤式制動器設計摘要：無軌膠輪車輔助運輸，是我國煤礦生產中重要的運輸方式。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、結構以與原理的詳細介紹，找出了濕式多盤制動器的優(yōu)勢，進一步分析了濕式多盤制動器的工作原理。結合本課題無軌輔助運輸設備所需的制動性能，根據常規(guī)全封閉濕式多盤制動器的結構特點和其工作原理，通過詳細計算與校核設計出符合無軌膠輪車輔助運動車輛的制動器。關鍵字：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；Brakingtorque；Disc spring目 錄第一章 緒論11.1 課題背景11.2 國外現狀1121.3 工程車輛制動器的開展方向31.4 濕式多盤制動器研究的意義4第二章制動系統的制動器要求和制動器的比擬52.1 制動器的類型和比擬55制動器的性能比擬5第三章 濕式多盤制動器概述73.1 濕式多盤制動器的現狀、種類與特點73.2 濕式多盤制動器結構特點與其工作原理83.3 濕式多盤制動器的工作原理83.4 濕式多盤制動器冷卻方式與散熱途徑9第四章 抱軸式濕式多盤制動器的設計104.1 設計的原始數據104.2 汽車制動理論分析10制動性能的概念101011制動車輛制動效能13144.3 濕式多盤制動器的計算151516的計算1718184.4 碟簧的計算與校核19碟簧形式的選取19碟簧的工作特點2020復合碟簧的計算21碟簧方案的選取22碟簧方案的校核25314.5 濕式多盤制動器摩擦材料的選擇32兩種類型的摩擦材料32334.6 花鍵的計算與校核34花鍵的選擇34活塞上花鍵的參數計算與校核344.7 摩擦片選取與布置40O 形密封圈的特點41形密封圈對濕式多片制動器的影響414.9 濕式多盤制動器典型零件的設計與加工工藝42第五章 機械工程CAD制圖規(guī)那么46第六章 總結50參考文獻51致52附錄53英語文獻1中文翻譯12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。為了提高本錢效益,適應井下無軌輔助運輸方向的開展。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平安性、耐用性以與較高的經濟性和可靠性，因此要設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 國外現狀1.2.1 國外現狀 濕式多盤制動器的出現最早始于美國。早期的工作目的主要側重于試驗研究,通過試驗結果來研究濕式多盤制動器和離合器的摩擦特性。近年來,相應有關濕式多盤制動器的一系列根底理論方面的研究正逐步進展和不斷完善。當前對于濕式多盤制動器的分析研究來說，因其結構形狀和工作環(huán)境的復雜性和特殊性,而有限元分析法較為先進。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，應用越來越廣。國外極大工程機械公司，如美國的CLARK、CATERPILLAR公司和瑞典的VOLVO公司已在整機設計時考慮采用濕式多盤制動器，美國RONKWELL公司與德國的KESSLER公司在車橋產品中也采用了濕式多盤制動器。叉車、裝載機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。 國現狀 我國過去的輪式車輛主制動器廣泛采用蹄式結構,但由于蹄式結構受車輛輪轂尺寸限制,制動鼓經長期作用,磨損嚴重, 需要經常調整間隙; 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制了蹄式制動器的一些缺點, 但仍存在著摩擦面積小, 摩擦外表單位壓力高, 對摩擦襯片材料的強度與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重, 需要經常調整間隙; 易產生熱衰退現象,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格的機械工業(yè)的不斷開展和完善,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,我國引進和消化吸收國外井下裝載機技術, 開場了對濕式多盤制動器的研究。80年代末期開場研制車用濕式多盤制動器產品, 現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、多功能型和非驅動橋用型等,局部產品已開場在車輛上使用, 效果良好。濕式多盤制動器按其安裝與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) 為全封閉結構,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) 采用多片結構,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) 隨著摩擦材料的開展,濕態(tài)摩擦系數也將大幅度地提高。( 4) 采用了單制動活塞推進結構,摩擦零部件受力均勻, 圓盤間隙不用調整并準許滑轉、傳遞扭矩,特別適合重載長坡制動工況。( 5) 為液壓驅動、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, 到達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 低輪轂轉速,到達制動的目的。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,其制動更加平安可靠,使用壽命更長,幾乎無需保養(yǎng)。可實現工作制動、停車制動和緊急制動,大大簡化制動液壓系統,便于總體布置設有手動松閘泵,當車輛動力發(fā)生故障時可被其他車輛牽引。1.3 工程車輛制動器的開展方向 目前,輪式裝載機制動系統的設計有兩大趨布,目的是分析外圈淺層外表力的分布規(guī)律。特別是其圓周外表應力在故障發(fā)生后的表現特征在發(fā)現回轉支承發(fā)生故障后,其部故障在通過主負荷區(qū)域滾道的過程中,會使與其在徑向正對的滾圈圓周外表節(jié)點應力整體增加的同時發(fā)生短時間的劇烈波動,還導致其縱向對應的滾圈下外表節(jié)點應力出現同樣的變化,且波動峰值更為明顯由于各種類型的回轉支承裝置都是由在結構和受力上與雙排異徑球式回轉支承裝置的外圈上半局部類似的座圈組合而成,故可通過觀測滾圈下外表與位于回轉支承主負荷區(qū)域的圓周外表應力在回轉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以下工程車輛上得到應用:( 1) 井下裝載機,包括金川有色金屬公司第二機械廠生產的、 井下裝載機, 通用機械廠生產的井下裝載機等。( 2) 自卸汽車,包括重型機械廠生產的18t 礦用自卸汽車等。( 3) 飛機牽引車,包括威海廣泰航空地面設備生產的20t飛機牽引車等。( 4) 裝載機、平地機,裝載機廠生產的ZL50D 型和ZL30E 型裝載機, 天工 工程機械生產的PY200 型平地機等。( 5) 水陸兩用車, 包括勝利油田工程機械總廠生產的大、小水陸兩用車等。( 6) 煤科院分院生產的中型客貨車非驅動車橋用濕式多盤制動器等。雖然 國應用濕式多盤制動器起步比擬晚,但其應用前景十分可觀。隨著工程 機械向大型化、高性能和自動化方向開展,對制動控制裝置的操縱性、穩(wěn) 定性、可靠性和經濟性要求也越來越高,人們對濕式多盤制動器技術日益 了解: 制動性能好,平安效率高, 不需要調整和維護, 制動性能優(yōu)于干式 制動器。為了提高設備運行性能和生產率, 設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、抗衰退與抗污染能力強、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的了解不斷加深, 以與基于其制動性能好、平安、效率高。制動器不需要調整和維護,維護保養(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展更近一步的改良與更新，所以有關濕式多盤制動器設計原那么、結構優(yōu)化以與破壞機理等一系列根底理論方面的研究正在逐步進展和不斷完善。 煤炭行業(yè)在我國不斷開展的同時，也給我國人民生活水平的提高與國經濟的開展奉獻了不可磨滅的力量。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。第二章制動系統的制動器要求和制動器的比擬2.1 制動器的類型和比擬 制動器的類型 制動器分為碟式制動器、通風碟制動器、鼓式制動器?，F在汽車上采用的制動器，結構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元件為鼓狀的制動鼓，工作邊面為圓柱外表，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。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，動作起來就好似用鉗子鉗住旋轉中的盤子，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制動器。2.2.2 制動器的性能比擬 鼓式剎車有良好的自剎能力，由于剎車來令片外，車輪旋轉連帶著外的剎車鼓扭曲一個角度，剎車力越大，此情形就越明顯，因此，一般大型車輛還是使用鼓式剎車，除了本錢較低外，大型車與小型車的鼓剎，差異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。鼓式剎車制造技術層次較低，也是最先用于剎車系統，因此制造本錢要比碟式剎車低。由于鼓式剎車剎車來令片密封于剎車鼓，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。由于剎車系統沒有密封，因此剎車磨損的細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 碟式剎車除了本錢較高，根本上皆優(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，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)生極為復雜的變形，容易產生制動衰退和振抖現象，引起制動效率下降。當然，盤式制動器也有自己的缺陷。比方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，本錢貴，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。而鼓式制動器本錢相對低廉，比擬經濟。 所以，汽車設計者從經濟與實用的角度出發(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，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的70%80%，因此前輪制動力要比后輪大。轎車生產廠家為了節(jié)省本錢，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，采用前輪通風盤式制動是為了更好地發(fā)熱，至于后輪采用非通風盤式同樣那么是本錢的原因。畢竟通風盤式的制造工藝要復雜得多，價格也就相對貴很多。隨著材料科學的開展以與本錢的降低，在轎車領域中，盤式制動有逐漸取代鼓式制動的趨向。通風碟是由兩塊尺寸一樣的制動碟構成，他們之間有通風口。當制動碟隨車輪高速旋轉時，它就會象泵一樣，把兩碟之間的熱空氣排出，到達散熱的目的。第三章 濕式多盤制動器概述3.1 濕式多盤制動器的現狀、種類與特點 濕式多盤制動器按結構與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來操縱制動動作, 一旦管路出現爆裂等故障, 就無法實現制動,給車輛平安行駛帶來威脅。另外,為了保證車輛停車后能夠平安定位, 還設有一個停車制動器。停車制動器一般采用失壓制動, 兩套制動器保證了車輛的平安性,卻增加了零件的數量。濕式多盤失壓制動器是一種平安型濕式多盤制動器,它除了具有濕式多盤制動器的特點外,對于車輛的平安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大大簡化,不需要第二制動系統,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構上采用彈簧操縱制動,當制動管路中的油壓到達額定值時,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, 確保車輛的行駛平安。但由于該制動器采用彈簧操縱制動, 對于需經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,它在結構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)動機出現故障與管路爆裂時,制動液壓系統卸荷,壓縮彈簧立刻推動停車活塞壓緊摩擦片進展制動。3.2 濕式多盤制動器結構特點與其工作原理 礦上廣泛使用的濕式多盤制動器的結構有半軸、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生的大局部熱量將通過潤滑油與殼體散發(fā)出去，使制動器不會因為部溫度過高而損壞元部件。動摩擦片緣通過花鍵與動殼連接，可隨動殼一起轉動，并可沿軸向左右移動。靜摩擦片外緣通過花鍵與靜殼連接，不可轉動但可沿軸向左右移動。當制動器實施制動時，踩下制動踏板，制動系統的高壓油進入制動器的活塞腔中，在油壓作用下，復位彈簧被壓縮，活塞向左移動將動摩擦片和靜摩擦片壓緊，從而實施制動。當松開制動踏板后，活塞腔的液壓油回到液壓油箱，活塞在復位彈簧的作用下回位，動摩擦片和靜摩擦片別離，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構與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構與輪轂空間的限制,只能采用普通型濕式多盤制動器。其結構主要由動摩擦片、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,動、靜摩擦片通過花鍵分別與動殼和靜殼聯接,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。工作制動器采用液壓制動,彈簧釋放的制動形式。當活塞腔接通液壓油時,油液壓力推動活塞,進而壓緊動、靜摩擦片產生摩擦力,所產生的摩擦阻力矩使車輪制動;當活塞腔液壓油卸壓時,回位彈簧將活塞復位,從而使動、靜摩擦片別離,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圍進展調控,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與散熱途徑一、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)。冷卻方式可根據制動器的工作環(huán)境與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。主要依靠制動器部的潤滑油與殼體使熱量散發(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足夠的場合，結構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缺乏的場合。結構復雜但冷卻能力相對較強。二、散熱機理分析 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、外摩擦片，當摩擦片相對運動時，接觸的外表產生摩擦力，摩擦力所做的功轉化為熱量，熱量通過接觸界面逐漸傳遞到潤滑油液與制動器殼體。其中，一局部熱量以熱傳導、對流以與輻射等方式，通過制動器潤滑冷卻油與周圍空氣散發(fā)；另一局部那么以部勢能的形式積累在材料部。 制動器的熱量產生具有瞬時性，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與殼體連續(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生的制動熱能向油液擴散有一個過程，這與油液的流動狀態(tài)，摩擦片的導熱性、對偶鋼片的熱容量與其傳熱特性有關，此外還與外界環(huán)境的溫度與空氣流動狀態(tài)有關。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油的溫升均影響較大。從制動器的散熱機理分析，制動器摩擦副的熱量傳遞主要表現為傳導和對流2種傳熱方式。影響其散熱的因素除摩擦副材料的導熱系數、油液的對流換熱系數外，還與殼體的導熱性能、摩擦副的結構形式、油液在制動器中的流動狀態(tài)、環(huán)境溫度、摩擦片的導熱特性、初始溫度以與空氣的流動狀況等有關。第四章 抱軸式濕式多盤制動器的設計4.1 設計的原始數據設計的原始數據如下：1、制動器能實現行車制動、停車制動和緊急制動功能；2、整車最大裝載質量6000kg，整車裝備質量6000kg，最大總質量12000kg;3、全載荷下，前后橋質量分配為50%，50%；4、在水平干硬路面下，以額定載荷制動，當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 止而不產生位移；6、制動器結構由傳動軸、分動器殼體結構組成。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短距離停車且維持行駛方向的穩(wěn)定性。 制動器性能評價指標 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、側滑的能力?？紤]設計任務車速為20 km/h,一般不會發(fā)生此類現象，故不做參考。 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：即指輪胎周圍克制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構參數決定，即取決于制動器結構。制動器摩擦副的摩擦系數與車輪的半徑有關，并與制動器踏板力Fp與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f 附著系數表示輪胎與地面摩擦系數。一般用平均附著系數f，峰值附著系數Fp,滑動附著系數Fs來衡量。 表4-1 附著系數f的值瀝青混凝土平均輔值Fs峰值輔值系數 干0.80.90.75濕0.50.7 0.450.7 附著系數f取決于道路材料、路面狀況、花紋材料、輪胎結構與汽車動速度等。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0.5s4-4 此時因制動延遲產生的減速制動距離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，j2max=2.96m/s²4-8 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。 制動器制動力的比例關系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 力的關系 2、力和力矩的關系(1)以O1為研究對象，那么力和力矩的平衡方程 (4-9) (2)以 O2為研究對象，那么力和力矩的平衡方程式：4-10 聯立式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 全封閉濕式多盤制動器的原始數據 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，空轉為6000kg,車載荷 為6000kg,總載荷為12000kg. 全封閉濕式多盤制動器的設計原那么 1、車輛應設置行車制動，行車制動的靜態(tài)制動力大于50%整車的最大質量。 2、車輛應設置行車制動，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16度的坡道上能保持靜止狀態(tài)。 3、行車制動：使車輛減速與至停駛制動情況； 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：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。其結構由動靜殼、活塞、碟簧組件、摩擦片粉片、鋼片、轉向節(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。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，實現制動。當液壓腔充液后，活塞右移，壓縮碟簧組件使摩擦片逐漸松開，解決制動力。假設需緊急制動，翻開控制閥，碟簧推動活塞左移，液壓油迅速流回油箱，實現制動。當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，調控所需的制動力。 這樣，制動力可在一定圍進展調控，以保持車輛運行的穩(wěn)定性，防止了車輛的急停。 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：整機工作質量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藏：儲藏系數為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 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 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，0.08-0.1，取0.085； n摩擦副個數，4-14，預取12； k折減系數，取0.95；摩擦副的等效作用半徑mm；表4-1 n和k的對應關系 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 碟簧的計算與校核4.4.1 碟簧形式的選取 碟簧的設計主要考慮：碟簧的組數，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，可通過適中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 圍變化?？刹捎脤稀B合的組合方式，也可采用復合不 同厚度、不同片數等的組合方式。 因為圓柱形彈簧不適用，矩形彈簧需設計，而碟簧為標 準件，所以在設計中選用碟簧。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。然后到達制動動靜消除間隙到達制動力矩。一旦車輛發(fā)動，油壓系統有油壓，直至解除制動。使車輛發(fā)動到達液壓系統工作：油壓，此時碟簧又被壓縮。 碟簧的種類 1疊合：由n個同方向規(guī)格的碟簧組成；如以下圖：圖4-4 疊合方式單片疊合無法滿足市場設計要求，變形較小；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；如以下圖 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復合：由i個同方向同規(guī)格的疊合組合碟簧；如以下圖圖4-6 復合方式復合時位移變形量和力都增加。 綜上所述選取復合碟簧。4.4.3 復合碟簧的計算 數據： 1、一個前制動器的制動力； 2、大致的結構尺寸已確定可以均布多少組復合碟簧組。 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為對合碟簧數量；為單片碟簧的高度； x為各疊合層碟簧數量； t為厚度。 徑向尺寸： 根據活塞尺寸可以確定碟簧徑向布置的最大尺寸。 根據碟簧規(guī)格確定可以布置12組比擬合理。4.4.5 碟簧方案的選取 方案一：1、預選摩擦片副數n=12，碟簧組組數m=14，剛片粉片間隙 值取0.1；一組復合碟簧所需產生的制動力為: 4-24 考慮磨損量取，根據碟簧變形量和彈力的線性關 系取A系列碟簧，選用碟簧規(guī)格為31.5，設碟簧復合數為x，對 合數為y； 碟簧產生的彈力為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；碟簧上外表OM點的計算應力壓應力；位置處算出的最大計算拉應力。 制動時單片碟簧的變形量為，碟簧的彈力為，即所產生 的制動力： 4-25 解除制動時的變形量為，碟簧的彈力為,那么打 開摩擦片所需的間隙為： 因成線性關系，故 取 那么 4-26 2、碟簧對合組數的計算 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；單片自由高度mm；碟簧厚度mm。 查表3-1與將式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、預選摩擦片副數n=12，碟簧組組數m=12，剛片粉片間隙 值取0.07；一組復合碟簧所需產生的制動力為: 4-30 考慮磨損量取，根據碟簧變形量和彈力的線性關 系取A系列碟簧，選用碟簧規(guī)格為35.5，設碟簧復合數為x，對 合數為y； 碟簧產生的彈力為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，即所產生 的制動力： 4-31 解除制動時的變形量為，碟簧的彈力為,那么打 開摩擦片所需的間隙為： 4-32 因成線性關系，故 取, 那么 4-33 2、碟簧對合組數的計算 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，受預加負 荷,工作負荷 碟簧負荷： 當，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 表4-3 的影響系數 、 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，按故 4-40圖4-8碟簧疲勞破壞關鍵部位由圖4-8，按可得疲勞破壞關鍵點為II點，如圖4-9圖4-9 計算碟簧時的應力點示意圖 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 查表4-2,4-3得： 當mm時， 4-42 當時， 4-43)圖4-10 1.25mmt6mm碟簧的極限應力曲線 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，受預加負荷,工作負荷 碟簧負荷：當時，即碟簧壓平時，上式簡化為： 由表3-2,3-3得因此：由圖4-7，按故 由圖4-8，按可得疲勞破壞關鍵點為II點，如圖3-6 查表4-2,4-3得： 當mm時， 當時， 碟簧的計算應力幅：=294由圖4-10在處查得：N=時疲勞強度上限應力為： 即疲勞強度應力幅為：=355.7因，故能滿足疲勞強度要求。因此方案二可行，選取。 碟簧組設計方案的有關數據1、 碟簧規(guī)格：A2-35.52、 對合碟簧形式：復合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、 單片碟簧加大預加載荷時的力=3200N6、 單片碟簧加大預加載荷時的變形量=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m=1214、預變形時，點的應力=884.3N 預變形時，點的應力=1178.3N15、碟簧的計算應力幅=29416、碟簧的疲勞強度應力幅=355.717、摩擦副的個數：n=12片18、鋼片粉片間隙值?。?.07 19、對合組數：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具有以下性能：高摩擦材料，穩(wěn)定的摩擦系數，高的導熱性與耐熱性，高的耐磨性等。我國普遍應用的濕式摩擦材料是燒結金屬摩擦材料和紙基摩擦材料。 燒結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過高熱燒結而成的多孔質金屬材料。它的導熱性好可以承受較高的工作溫度。燒結金屬硬度高彈性和壓縮性都較差。燒結金屬中石墨的彈性模量僅為銅的6%-8%，可以認為石墨也是一種孔降低了燒結金屬的彈性模量。燒結金屬是多孔隙結構但它沒有部相連的孔隙結構許多孔都是不通孔，不能讓機油流過燒結的整個結構，對冷卻機油的利用率低?？傮w上可以認為燒結金屬是大彈性模量、低孔隙度與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與不同的粘接劑制成是軟而多孔的材料，沿厚度方向結構均勻，孔隙之間互相連通。當摩擦副未接合時孔隙里儲滿了機油摩擦副接合時，油從多孔材料中流出，從而冷卻了摩擦外表。紙基材料彈性好，接合時可以通過變形將載荷均勻地分布在整個外表上。由于它的有機結構紙基材料導熱系數、熱容量比燒結金屬摩擦材料小。 結論1大彈性模量的燒結金屬摩擦材料不適宜用于低外表壓力的工況。當金屬 摩擦材料用于低外表壓力工況時，不能充分利用整個摩擦外表，外表上 只有局部區(qū)域發(fā)生摩滑。不均勻的接觸引起溫度的不均勻分布。燒結金 屬摩擦材料由于不均勻的溫度分布最終引起對偶鋼片的變形。 2燒結金屬用于低速一大扭矩工況時，外表壓力高，轉速較低，使機油不 能流到摩擦外表，產生干摩擦將外表上不平整的地方磨掉，使摩擦表 面積增大，可以得到較大的摩擦系數和均勻分布的溫度場。 3紙基材料在承受大的外表壓力時，會產生大的變形擠出摩擦材料孔隙里 的機油，使材料沒有足夠的機油降低接合時引起的高溫。同時，由于紙 基材料的有機母體過大的外表壓力，會使材料外表以下的纖維粘結劑斷 開，材料出現斑點或大面積脫落，導致材料的失效。所以選擇紙基材料 時，應特別注意接合時外表壓力不要太大。 4對于低速一大扭矩而采用集油槽自流冷卻的濕式多片制動器如工程機的 車輪制動器采用燒結金屬最適宜。紙基摩擦材料更適用于高速一小扭矩 有較大機油流率的工況。4.6 花鍵的計算與校核4.6.1 花鍵的選擇 鍵的類型可根據使用要求、工作條件和連接的結構特點來選定。 鍵的剖面尺寸通常根據軸的直徑和具體工作情況選取。對于薄壁空心軸、階梯軸、傳遞轉矩較小以與用于定位等情況下，允許選取剖面尺寸較小的鍵；有時，由于工藝需要也可選用較大的鍵。鍵的長度按輪轂長度從標準中選取，并按傳遞的轉矩對鍵的剖面尺寸和長度進展計算。 如單鍵強度不夠采用雙鍵時，應考慮鍵的合理布置。兩個平鍵最好相隔180度；兩個半圓鍵那么應沿軸心線布置在一條直線上；兩個楔鍵夾角一般為90度到120度；兩個切向鍵間夾角一般為120度到135度。雙鍵連接的強度按1.5個鍵計算。如果輪轂允許適當加長，也可相應地增加鍵的長度，以提高單鍵連接的承載能力。但一般采用的鍵長不宜超過1.6-1.8d。必要時加大軸徑或改用其它連接方式。當鍵連接的