毕业论文-重型货车气压制动系统设计说明书03257.doc
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1、汽车设计课程设计说明书汽车设计课程设计说明书 题目:重型载货汽车离合器设计题目:重型载货汽车离合器设计 姓名:孔祥生、李朋超、席昌钱姓名:孔祥生、李朋超、席昌钱 同组者:严炳炎、余鹏、郑大伟同组者:严炳炎、余鹏、郑大伟 专业班级:专业班级:0909 车辆工程车辆工程 2 2 班班 指导教师:王丰元、邹旭东指导教师:王丰元、邹旭东 设计时间:设计时间:2012.11.1-2012.11.62012.11.1-2012.11.6 摘摘 要要 汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车;在下坡行驶时,使 汽车保持适当的稳定车速;使汽车可靠地停在原地或坡道上。汽车的制动性是汽车主动 安全性
2、研究的重点内容之一。随着汽车行驶车速的不断提高,对汽车制动性能的要求也 越来越高。汽车的制动系统除了实现良好的制动性能外,还要尽可能地减小驾驶员的工 作强度。因此,动力制动系统在汽车上得到了广泛的应用。 气压动力制动是最常见的动力制动系统,多用于中重型汽车。气压制动系统是发展 最早的一种动力制动系统。其供能装置和传动装置全部是气压式的。其控制装置大多数 是由制动踏板机构和制动阀等气压控制原件组成,也有的在踏板机构和制动阀之间还串 联有液压式操纵传动装置。本文以一种重型货车为研究对象,通过理论分析和计算对其 气压制动系统结构进行设计。 1 目目 录录 1 1 绪论绪论1 1.1 制动系的作用制动
3、系的作用.1 1.2 气压制动系的研究现状气压制动系的研究现状.2 2 制动系的总体设计3 2.1 制动系统设计要求制动系统设计要求.3 2.2 制动系参数的选择制动系参数的选择.4 2.3 汽车总质量汽车总质量.4 2.4 制动力与制动力分配系数制动力与制动力分配系数.4 2.5 制动器最大制动力矩制动器最大制动力矩.9 3 3 制动器的设计与计算制动器的设计与计算12 3.1 鼓式制动器的主要参数鼓式制动器的主要参数.13 3.1.1 制动鼓内径13 3.1.2 摩擦衬片宽度 b 及包角14 3.1.3 摩擦衬片起始角 0.15 3.1.4 制动蹄支撑点位置坐标 a 和C.15 3.1.5
4、 制动器中心到张开力 F0作用线的距离 e15 3.1.6 摩擦衬片的型号及摩擦系数.15 3.2 鼓式制动器的计算鼓式制动器的计算.15 3.2.1 计算有一个自由度的紧蹄摩擦片的径向变形规律.15 3.2.2 计算蹄片上的制动力矩16 3.2.3 检查制动蹄有无自锁.18 3.3 衬片磨损特性的计算衬片磨损特性的计算19 3.3.1 比能量耗散率(单位功负荷、能量负荷).19 3.3.2 衬片单位摩擦面积的制动器摩擦力 f0 (比摩擦力).20 2 3.3.3 驻车制动计算.21 3.4 制动鼓主要零部件的结构设计制动鼓主要零部件的结构设计.21 3.4.1 制动鼓.21 3.4.2 制动
5、蹄.22 3.4.3 制动底板23 3.4.4 凸轮式张开机构23 3.4.5 摩擦材料23 3.4.6 支承.24 4 4 气压制动驱动机构的设计计算气压制动驱动机构的设计计算25 4.1 制动气室.26 4.2 贮气罐28 4.3 空气压缩机30 5 5 技术经济性分析技术经济性分析31 6 6 总结总结33 致谢致谢.34 参考文献参考文献.35 3 1 绪论 1.1 制动系的作用 近百年来,汽车工业之所以常胜不衰主要得益于汽车作为商品在世界各处都有广阔的 市场,生产批量大而给企业带来丰厚的利润。最主要的是科学技术的不断进步,使汽车 能逐渐完善并满足使用者的需求。随着我国汽车产业的不断发
6、展和新交通法规的实施, 我国的汽车及其运输管理开始走向正轨,农用运输车将逐渐退出市场,而重型运输自卸 车逐渐呈现出广阔的发展前景。然而车辆交通安全历来是人们最为关心的问题之一,它 直接关系到人民生命和财产的损失,因此汽车制动系统的可靠性研究至关重要。汽车制 动系是用于使行驶中的汽车减速或停车,使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使以停 驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。汽车制动系直接影响着汽车行驶的 安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增 大,为了保证行车安全、停车可靠,汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制 动性良好、制动系工作可靠的汽车
7、,才能充分发挥其动力性能。 汽车制动系统至少有两套独立的制动装置,即行车制动装置和驻车制动装置:重型 汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置;牵引车还应有自动 制动装置。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车,并使汽车在下短坡时保 持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构,以保证其工作可靠。驻车 制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上,它也有助于汽 车在坡路上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动,以免其 产生故障。 应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时,这时则可利用应急制动装置 的机械力源(如强力
8、压缩弹簧)实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统,它可 利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备,因 为普通的手力驻车制动器也可以起应急制动的作用。 辅助制动装置用于山区行驶的汽车上,利用发动机排气制动或电涡流制动等辅助 制动装置,则可使汽车下长坡时长时间而持续地减低或保持稳定车速并减轻或解除行车 制动器的负荷。通常,在总质量为 5t 以上的客车上和 12t 以上的载货汽车上装备这种辅 助制动减速装置。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器 有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮,而 4 驻车制动则多
9、采用手制动杆操纵,且具有专门的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。 中央制动器位于变速器之后的传动系中,用于制动变速器第二轴或传动轴。行车制动和 驻车制动这两套制动装置必须具有独立的制动驱动机构,而且每车必备。行车制动装置 的驱动机构,分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸和制动轮缸 以及管路;用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、贮气简、控制阀和制动气室等。 过去,大多数汽车的驻车制动和应急制动都使用中央制动器,其优点是制动位于主减速 器之前的变速器第二轴或传动轴的制动力矩较小,容易满足操纵手力小的要求。但在用 作应急制动时,往往使传动轴超载。现代汽车由于车速提高,对应急制
10、动的可靠性要求 更严,因此,在中、高级轿车和部分总质量在 1.5t 以下的载货汽车上,多在后轮制动器 上附加手操纵的机械式驱动机构,使之兼起驻车制动和应急制动的作用,从而取消了中 央制动器。重型载货汽车由于采用气压制动,故多对后轮制动器另设独立的由气压控制 而以强力弹簧作为制动力源的应急兼驻车制动驱动机构,也不再设置中央制动器。但也 有一些重型汽车除了采用了上述措施外,还保留了由气压驱动的中央制动器,以便提高 制动系的可靠性 1.2 气压制动系的研究现状 气压制动系统是发展最早的一种动力制动系统。其供能装置和传动装置全部是气压 式的。其控制装置大多数是由制动踏板机构和制动阀等气压控制原件组成,
11、也有的在踏 板机构和制动阀之间还串联有液压式操纵传动装置。气压制动由于可获得较大的制动驱 动力且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单联接和断 开都很方便,因此广泛用于总质量为 8t 以上尤其是 15t 以上的载货汽车,越野汽车和客车上. 但气压制动系必须采用空气压缩机,贮气罐,制动阀等装置,使结构复杂,笨重,轮廓尺寸大,造 价高;管路中气压的产生和撤除均较慢,作用滞后时间较长(0.30.9s),因此在制动阀到制动 气室和贮气罐的距离较远时有必要加设气动的第二级控制元件继动阀(即加速阀)以及 快放阀;管路工作压力较低(一般为 0.50.7MPa),因而制动气室的直径大,
12、只能置于制动器 之外,再通过杆件及凸轮或楔块驱动制动蹄,使非簧载质量增大;另外,制动气室排气时也有 较大噪声。汽车在行驶过程中驾驶员要经常使用制动器,为了减轻驾驶员的工作强度, 目前汽车基本上都采用了伺服制动系统或动力制动系统。载重汽车一般均采用动力制动 系统。 5 2 制动系的总体设计 2.1 制动系统设计要求 1)能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除满足设计任务书的规定和国家标 准的有关要求外,也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要求。 2)具有足够的制动效能。包括行车制动效能和驻坡制动效能。 3)工作可靠。汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置且它们的制动驱动机 构应是各自独
13、立的。行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路,当其中一 套失效时,另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的 30%;驻车制动装置应采用工作 可靠的机械式制动驱动机构。 4)制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后,会因水的润滑作用使摩擦系数 急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后反复制动 515 次,即应恢 复其制动效能。良好的摩擦材料吸水率低,其摩擦性能恢复迅速。也应防止泥沙、污物 等进入制动器工作表面,否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野汽车为了防止水 相泥沙侵入而采用封闭的制动器。 5)制动时的操纵稳定性好。即以任何速度制动,汽车都不应当失去操纵性和方向稳 定
14、性。为此,汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例,最好能随各轴间载荷转 移情况而变化;同一轴上左、右车轮制动器的制动力矩应相同。否则当前轮抱死而侧滑 时,将失去操纵性;后轮抱死而侧滑甩尾,会失去方向稳定性;当左、右轮的制动力矩 差值超过 15时,会发生制动时汽车跑偏。对于汽车列车,除了应保证列车各轴有适当 的制动力分配外,也应注意主、挂车之间各轴制动开始起作用的时间,特别是主、挂车 之间制动开始时间的协调。 6)制动效能的热稳定性好。 7)制动踏板和手柄的位置和行程符合人-机工程学的要求,即操作方便性好,操纵 轻便、舒适能减少疲劳。 6 8)作用滞后的时间要尽可能地短。 9) 制动时不应产
15、生振动和噪声。 10)与悬架、转向装置不产生运动干涉,在车轮跳动、汽车转向时不会引起自行制动。 11)制动系中应有音响或光信号等警报装置,以便能及时发现制动驱动件的故障和 功能失效。 12)制动系的机件应使用寿命长、制造成本低,对摩擦材料的选择也应考虑到环保 要求。 1 2.2 制动系参数的选择 货车的主要参数 长宽高(mm)1197623953750 轴数/轴 距(mm) 4/(1950+4550+1350) 质心距前轴(mm)5250 质心距后轴(mm)2600 前 轮 距(mm) 2022 后 轮 距(mm) 1830 最小离地间隙(mm)285 整车整备质量(kg)12000 最大装载
16、质量(kg)16000 前满载轴荷分配(KG)6000 后满载轴荷分配(KG)22000 最 高 车 速(km/h)100 质心高度 (mm) 空载 943mm 满载 1800mm 2.3 汽车总质量 汽车的总质量是指整备完好,装备齐全并按规定载满客货时的汽车质量: aog mmm =12000+16000 =28000Kg 2.4 制动力与制动力分配系数 汽车制动时,如果忽略路面对车露的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩,则任 7 一角速度的车轮, ,其力矩平衡方程为:0 (2-1)0 fB e TF r = fB e TF r7134452.0 2 8.928000 mN 式中: 制动器对
17、车轮作用的制动力矩,即制动器的摩擦力矩,其方向与车轮旋转方向 f T 反力,;mN 地面作用于车轮上的制动力,即地面与车轮之间的摩擦力,又称为地面制动力, B F 其方向与汽车行驶方向反力,N ; 车轮有效半径,m ;选为约为 0.52m。 e r 令 (2-2) f f e T F r 并称之为制动器制动力,他是在车轮周缘克服制动器摩擦力矩所需的力,因为又称为制 动周缘力。与地面制动力的方向相反,当车轮角速度时,大小亦相等,且 f F B F0 仅由制动器结构参数所决定。即取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系 f F f F 数及车轮有效半径等,并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正
18、比。当加大踏板力以 加大时,和均随之增大。但地面制动力受着附着条件的限制,其值不可能大 f T f F B F B F 于附着力即F B FFZ 或 maxB FFZ 式中 轮胎与地面间的附着系数; Z地面对车轮的法向反力。 当制动器制动力和地面制动力达到附着力值时,车轮即被抱死并在地面上滑 f F B FF 移。此后制动力矩即表现为静摩擦力矩,而即成为与相平衡以阻止车轮再 f T/ ffe FTr B F 旋转的周缘力的极限值。当制动到以后,地面制动力达到附着力值后就不在0 B FF 增大,而制动器制动力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升。 f F p F r T 8 图 21 制动力
19、与蹋板力 FP 关系 Figure 2-1 Braking force and ta board strength FP relations 直至 20 世纪 50 年代,当时道路条件还不是很好,汽车行驶速度也不是很高,后轮 抱死侧滑的后果也不是显得像前轮抱死丧失转向能力那样严重,因此往往将值定的较 0 低,即处于常附着系数范围的中间较偏区段。但当今道路条件大为改善,汽车行驶速度 也大为提高,因而汽车因制动时后轮先抱死引起的后果十分严重。由于车速高,它不仅 会引起侧滑甩尾甚至会调头而丧失操纵稳定性。后轮先抱死的情况是最不希望发生的。 因此各类轿车和一般载货汽车的值有增大的趋势满载时的同步附着系
20、数,货车取 0 。 0 0.5 当时,,利用率最高。 0 0 q1 汽车减速度为:=0.59.8=4.9, 0 /du dtqgg 即, 制动强度 0 qq 附着系数利用率(或附着力利用率)来表达,可定义为 B Fq G 式中 汽车总的地面制动力; B F 汽车所受重力;G 制动强度;q 根据汽车制动时的整车受力分析,考虑到制动时的轴荷转移,可求得地面对前、后 轴车轮的法向反力,为: 1 Z 2 Z 122343)9.4 8.9 8.1 6.2( 85.7 8.928000 )( 21 dt du g h L L G g 9 (2-3) 152056)9.4 8.9 8.1 25.5( 85.
21、7 8.928000 )( 12 dt du g h L L G g (2-4) 式中:G汽车所受重力 L汽车轴距 L 汽车质心离前轴距离 1 L 汽车质心离后轴距离 2 汽车质心高度 g h g重力加速度 汽车制动减速度 m/s dt du 2 汽车总的地面制动力为:1680006.0280000 21 Gq dt du g G FFF BBB 式中前轴车轮的地面制动力 1B F 后轴车轮的地面制动力 2B F 由上面两式可求得前后轴车轮附着力为: 734066.0)8.15.06.2( 85.7 8.928000 )()( 2 2 1 g g B qhL L G L h F L L GF
22、912336.0)8.15.025.5( 85.7 8.928000 )()( 1 1 2 g g B qhL L G L h F L L GF 上式表明:汽车在附着系数为任一确定值的路面上制动时,各轴附着力即极限制动 力并非为常数,而是制动强度或总制动力的函数。当汽车各车轮制动器的制动力足qF 够时,根据汽车前、后轴的轴荷分配,前、后车轮制动器制动力的分配、道路附着系数 和坡度情况等,制动过程可能出现的情况有三种,即: 1)前轮先抱死拖滑,然后后轮再抱死拖滑; 2)后轮先抱死拖滑,然后前轮再抱死拖滑; 3)前、后轮同时抱死拖滑。 10 在以上三种情况中,显然是(3)情况的附着条件利用得最好。
23、 由上式中不难求得在任何附着系数的路面上,前、后车轮同时抱死即前、后轴车轮 附着力同时被充分利用的条件是: GFFFF BBff 2121 )/()(/ 122121ggBBff hLhLFFFF 8.734051223436.0 111 Bf FF 6.912331520566.0 222 Bf FF 式中:前轴车轮的制动器制动力 1f F 后轴车轮的制动器制动力 2f F 前轴车轮的地面制动力 1B F 后轴车轮的地面制动力 2B F 、地面对前后轴车轮的法向反力 1 2 G汽车所受重力 、汽车质心离前后轴距离 1 L 2 L 汽车质心高度 g h 由上式可知,前后轮同时抱死时,前、后轮制
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