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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)(論文)題目： 汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及有限元分析
學(xué)生姓名：
二級(jí)學(xué)院：
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提交日期：
目 錄
1 緒 論 1
1.1課題研究的目的及意義 1
1.2研究現(xiàn)狀 1
2 總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1制動(dòng)系方案分析 3
2.2鼓式制動(dòng)器 3
2.3盤式制動(dòng)器 3
3 參數(shù)的選擇和計(jì)算 4
3.1制動(dòng)器主要參數(shù)數(shù)值的確定 4
3.1.1鼓式制動(dòng)器主要技術(shù)參數(shù)數(shù)值 4
3.2制動(dòng)器有關(guān)計(jì)算 4
3.2.1汽車在行駛過程中地面對(duì)車輪的法向反作用力 4
3.2.2計(jì)算軸制動(dòng)力 5
3.2.3最大制動(dòng)力矩的選取 6
3.3制動(dòng)鼓和襯片的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.3.1 計(jì)算制動(dòng)鼓內(nèi)徑 6
3.3.2 制動(dòng)鼓壁厚的選擇 7
3.3.4 摩擦襯片的摩擦系數(shù)的選取 8
3.4零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.4.1 設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓摩擦襯片系數(shù) 8
3.4.2 制動(dòng)蹄的設(shè)計(jì) 9
3.4.3 制動(dòng)底板的設(shè)計(jì) 9
3.4.4 計(jì)算制動(dòng)輪缸的直徑和工作容積 9
3.5制動(dòng)性能的分析 10
3.5.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 10
3.5.2 制動(dòng)力的分配關(guān)系 10
3.5.3 制動(dòng)減速度 10
3.5.4 制動(dòng)距離 11
3.5.5 計(jì)算摩擦片的磨擦損耗 11
3.5.6 計(jì)算上下坡停車時(shí)的極限 傾斜角 12
4 鼓式制動(dòng)器的三維建模 14
4.1制動(dòng)蹄的建模過程 14
4.3拉力彈簧建模過程 16
4.4制動(dòng)輪缸的建模過程 17
4.5制動(dòng)底板的建模過程 18
4.6制動(dòng)鼓的建模過程 19
4.7制動(dòng)輪缸放氣螺栓的建模過程 20
4.8制動(dòng)輪缸油管接頭的建模過程 20
4.9裝配分解鼓式制動(dòng)器 21
4.10 干涉檢查 22
5 有限元分析 23
5.1對(duì)摩擦片的進(jìn)行有限元分析 23
5.1.1在Pro/E中建立Ansys 23
5.1.2導(dǎo)入摩擦片模型 23
5.1.3 對(duì)摩擦片劃分網(wǎng)格 24
5.1.4加載求解摩擦片 25
5.2對(duì)制動(dòng)鼓的有限元分析 26
5.2.1 對(duì)制動(dòng)鼓劃分網(wǎng)格 26
5.2.2加載求解制動(dòng)鼓 27
結(jié) 論 29
參考文獻(xiàn) 30
致 謝 31
III
摘要
摘 要
汽車制動(dòng)器主要的作用是起到阻礙汽車運(yùn)動(dòng)，利用制動(dòng)器的工作可以使得汽車能夠被強(qiáng)制性的制動(dòng)或者在下坡路面行駛時(shí)可以保持一定大小的行駛速度。制動(dòng)器的合理使用不但可以確保汽車行駛時(shí)的安全性能，還能夠減少燃料的消耗。因此，使制動(dòng)器更加可靠穩(wěn)定對(duì)汽車安全行駛的重要性不言而喻。課題通過選取比亞迪F3作為研究對(duì)象，對(duì)其制動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。首先概述鼓式制動(dòng)器的整體，然后對(duì)鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行比較確定設(shè)計(jì)對(duì)象。在各零件相應(yīng)參數(shù)值設(shè)計(jì)好后，借助于pro/e軟件進(jìn)行建模，最后將摩擦片和制動(dòng)鼓分別導(dǎo)入ansys進(jìn)行有限元分析。
關(guān)鍵詞：鼓式制動(dòng)器； Pro/E； 摩擦片，制動(dòng)鼓，有限元分析
ABSTRACT
The main role of automotive brake is to Hinder Motorsport. Through the work of the brake cars can be mandatory braking or keep running on a certain speed when traveling downhill. The rational use of brakes not only ensure the safety when driving, but also can reduced the consumption of fuel. Thus, the brake more reliable and stable is important to automobile safety. Thesis by choosing BYD F3 as research subjects design and analysis the internal structure and parts brake. First, the paper briefly describes the overall drum brake, Then compare the overall structure of the drum brake and disc brake advantages and disadvantages as well as advantages and disadvantages of the overall structure. By comparing the two decisions. After design the parameters of each part, we model by means proe / e. Finally, the friction plate and brake drums were introduced into ansys finite element analysis.
Key words: Brakes program ; pro/e；Finite element analysis；
II
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第1章 緒論
1 緒 論
1.1課題研究的目的及意義
汽車是現(xiàn)代社會(huì)最常見的交通工具之一，制動(dòng)系統(tǒng)在汽車行駛過程中至關(guān)重要，它在很大程度上控制和決定著汽車的運(yùn)動(dòng)。而制動(dòng)器又直接起到限制車輛運(yùn)動(dòng)以及確保行駛安全性能的作用。在現(xiàn)代社會(huì)，在保證安全的前提下需要在一定程度上保持較高的行駛速度以提升物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男?，但是伴隨著日益擁堵的城市交通現(xiàn)況，實(shí)際駕車的過程中制動(dòng)系統(tǒng)的使用變得愈加頻繁，同時(shí)現(xiàn)狀對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)性能以及使用壽命提出了更高的要求。倘若制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際需要制動(dòng)的情況下出現(xiàn)失靈不工作的情況，不能及時(shí)地減速或停車將會(huì)對(duì)乘員的人身安全以及相關(guān)財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損害。由此可知，汽車在正常行駛時(shí)，汽車制動(dòng)性能的好壞決定著汽車的安全性能。因此，對(duì)于汽車而言，要保證安全性能，就必須要有一款具有可靠、穩(wěn)定的制動(dòng)器。
絕大部分的現(xiàn)代汽車上都安裝有駐車制動(dòng)以及行車制動(dòng)這兩套制動(dòng)設(shè)備，駐車制動(dòng)是為了避免汽車在原地停車后產(chǎn)生溜滑，行車制動(dòng)是為了實(shí)現(xiàn)汽車的減速甚至停車操作。但是交通事故的發(fā)生一般情況下都是發(fā)生在處于行駛狀態(tài)的汽車之間，故相比于駐車制動(dòng)而言，行車制動(dòng)的設(shè)計(jì)就顯得更為重要。
本課題主要內(nèi)容是為汽車設(shè)計(jì)一個(gè)鼓式制動(dòng)器可行性方案，研究對(duì)象則選取比亞迪F3。同時(shí)對(duì)制動(dòng)器上的各個(gè)構(gòu)件所對(duì)應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。使其達(dá)到以下要求：1、為確保汽車在實(shí)際行駛時(shí)的安全性能，制動(dòng)器需要具備一定大小充足的制動(dòng)力；2、在制動(dòng)器制造材料的選擇上，為了確保乘客的健康安全使用，必須選用安全無毒的材質(zhì)。
1.2研究現(xiàn)狀
自從汽車進(jìn)入人類社會(huì)的舞臺(tái)以后，關(guān)于汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究從來沒有中斷停止過。尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，伴隨著汽車保有量的不斷增加以及道路條件改善所帶來的整體行駛速度提升，使得對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究進(jìn)入高速發(fā)展的階段，其中制動(dòng)器由于作為核心部件更是得到了眾多專家學(xué)者的關(guān)注。
制動(dòng)器的類型按照摩擦副旋轉(zhuǎn)部件的種類區(qū)分可以歸納為盤式制動(dòng)器以及鼓式制動(dòng)器這兩種。盤式制動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度要比鼓式制動(dòng)器要高出許多，這導(dǎo)致盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗和官路都要有較高的設(shè)計(jì)要求，實(shí)際的制造成本也相對(duì)較高。而目前大多數(shù)汽車所采用的鼓式制動(dòng)器則不同，相比較而言，同樣的穩(wěn)定性能，鼓式制動(dòng)器有著更為簡(jiǎn)單的整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有著更低的制造成本。另外，鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也同樣符合相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。
當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非完美，主要缺陷表現(xiàn)早實(shí)際行駛時(shí)的制動(dòng)效果以及散熱性，這兩方面要遜于盤式制動(dòng)器。因此為了彌補(bǔ)此類缺陷，現(xiàn)階段的鼓式制動(dòng)器都采用了各種改進(jìn)措施。
現(xiàn)階段汽車研發(fā)應(yīng)用中經(jīng)常使用Pro/E對(duì)制動(dòng)器上的部分零件建立三維模型，然后模擬組裝，最后使用Ansys進(jìn)行有限元分析。這種分析方法完全在軟件中完成，大幅縮減設(shè)計(jì)時(shí)間的同時(shí), 也間接地減少了實(shí)際設(shè)計(jì)過程中的成本。
在汽車的正常行駛中，如若需要減速，則需要與正常行駛方向完全相反的作用力才能夠起到制動(dòng)的作用，進(jìn)而降低汽車車速直至完全停車。對(duì)汽車的整個(gè)制動(dòng)過程的受力情況進(jìn)行有效的分析，對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)的整體分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的幫助，另外，基于此過程的分析結(jié)果也是車輛制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通常情況下評(píng)價(jià)制動(dòng)性能好壞的依據(jù)可以歸納為以下幾點(diǎn)：
1. 制動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的效能：汽車制動(dòng)過程中所行駛的距離以及整個(gè)制動(dòng)過程所對(duì)應(yīng)的減速度大小。
2. 是否具備恒定的制動(dòng)效能：所謂效能是否恒定指的就是抗熱衰退的性能。
3. 汽車在實(shí)際制動(dòng)過程中，行駛方向能否保持相對(duì)穩(wěn)定的性能。
4. 汽車在實(shí)際制動(dòng)過程中，其對(duì)應(yīng)的操縱性能是否良好。
現(xiàn)階段，汽車制動(dòng)系統(tǒng)所廣泛應(yīng)用的研究方法多為路試或臺(tái)架試驗(yàn)。在汽車的日常使用過程中，汽車輪胎與道路路面的接觸面上的相互作用是處于持續(xù)變化狀態(tài)的，因此目前大多數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)所采用的間接測(cè)量法并不能有效反映實(shí)際狀態(tài)。
本論文的任務(wù)是借助于多種途徑查詢各類有關(guān)資料并運(yùn)用大學(xué)期間所掌握的相關(guān)知識(shí)，研究對(duì)象選擇的是比亞迪F3，并為其設(shè)計(jì)參數(shù)，然后建模，借助于是否產(chǎn)生干涉現(xiàn)象來確保實(shí)際設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)出鼓式制動(dòng)器的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)制動(dòng)器所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。借助于計(jì)算機(jī)對(duì)相應(yīng)的零部件以及整體裝配圖進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制出相應(yīng)的圖形。通過ANSYS對(duì)所設(shè)計(jì)的鼓式制動(dòng)器上的摩擦襯片和制動(dòng)鼓進(jìn)行有限元分析評(píng)估。
32
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1制動(dòng)系方案分析
制動(dòng)系統(tǒng)能夠確保駕駛者能夠隨時(shí)把控著汽車的速度提升和降低甚至停止，同時(shí)可以將處于下坡狀態(tài)的汽車維持在大小相對(duì)穩(wěn)定的行駛速度上。汽車的整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)可以分為兩部分，一是制動(dòng)器，二是對(duì)制動(dòng)器發(fā)出指令的操作裝置。其中最重要的是制動(dòng)器。與制動(dòng)器相應(yīng)的操縱裝置就是排除制動(dòng)器以外其他裝置的總稱。
汽車車速的減緩是由于有外在阻力，人為的剎車起主要作用。阻力來源于制動(dòng)器中的轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件兩個(gè)零件的相互接觸產(chǎn)生摩擦力，從而影響汽車的正常行駛并減速或者停車。根據(jù)制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)件的類型可將制動(dòng)器分為盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器兩類。
2.2鼓式制動(dòng)器
在盤式制動(dòng)器尚未被發(fā)明之前，鼓式制動(dòng)器的應(yīng)用范圍已經(jīng)相當(dāng)廣泛，可以簡(jiǎn)單的分為以下幾種：?jiǎn)坞p向增力式（根據(jù)作用方向分類）、領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式等。
鼓式制動(dòng)器工作的原理是通過制動(dòng)鼓以及與制動(dòng)蹄相連接的摩擦襯片所產(chǎn)生的相互摩擦作用來阻礙汽車行駛，從而降低行駛速度實(shí)現(xiàn)停車，借此來保證實(shí)際行車時(shí)的安全性能，同時(shí)能夠保證汽車在得到可靠停放的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。
2.3盤式制動(dòng)器
與鼓式制動(dòng)器相同，盤式制動(dòng)器依照摩擦零件不同的的形狀構(gòu)造，也可分為以下幾種：
1、鉗盤式
鉗盤式依據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同又可以將鉗盤式制動(dòng)器繼續(xù)細(xì)分為浮動(dòng)卡鉗式與固定鉗盤式。這兩者之間各有優(yōu)勢(shì)，固定鉗盤式有著非常合適的剛度，可適用于多方面，當(dāng)然包括多回路的制動(dòng)系統(tǒng)。而浮動(dòng)卡鉗式軸的軸向尺寸要比固定鉗盤式要小，散熱性能優(yōu)越，同時(shí)成本也不高。
2、全盤式
全盤式制動(dòng)器所使用的零部件皆為圓盤形狀，在當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用并不廣泛，究其原因可知最主要是因?yàn)閯x車的散熱性能差，其實(shí)際的工作原理可看做借助摩擦力完成離合器的作用。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第3章 參數(shù)的選擇和計(jì)算
3 參數(shù)的選擇和計(jì)算
3.1制動(dòng)器主要參數(shù)數(shù)值的確定
3.1.1鼓式制動(dòng)器主要技術(shù)參數(shù)數(shù)值
研究的對(duì)象我選擇了比亞迪，并為之設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器，制動(dòng)器的參數(shù)是：
整車質(zhì)量空載
1200kg
整車質(zhì)量滿載
1600kg
質(zhì)心位置
a=1.04m b=1.56m
空載質(zhì)心高度
hg=0.60m
滿載質(zhì)心高度
hg=0.55m
軸距
L=2.6m
輪距
L=1.48m
最高車速
180km/h
最大功率/轉(zhuǎn)速
78/6000 kw/rpm
最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速
134/4500 N·m/rpm
輪胎
195/60R15
3.2制動(dòng)器有關(guān)計(jì)算
3.2.1汽車在行駛過程中地面對(duì)車輪的法向反作用力
——地面制動(dòng)力；
（3-1）
其中是制動(dòng)器制動(dòng)力大小。車輪在制動(dòng)過程中需要有一個(gè)力來與制動(dòng)器的摩擦力進(jìn)行平衡，這個(gè)力就是。首先對(duì)的方向進(jìn)行確定，當(dāng)汽車在制動(dòng)過程中的車輪所對(duì)應(yīng)的角速度>0時(shí)，和方向完全相反。對(duì)的大小時(shí)有影響的參數(shù)有：車輪的半徑、摩擦系數(shù)、尺寸、整體結(jié)構(gòu)形式等等因素。此外，制動(dòng)力的大小也可以影響制動(dòng)力的大小——踏板制動(dòng)力。制動(dòng)踏板力越大，制動(dòng)力也就越大。增大制動(dòng)力矩可以用增大踏板制動(dòng)力的辦法實(shí)現(xiàn)，增大，則和也會(huì)隨之增大，那么與之對(duì)應(yīng)的制動(dòng) 力大小和相應(yīng)的地面制動(dòng)力大小也會(huì)增大。但制動(dòng)力不能無限增大，因?yàn)樾枰紤]——，即地面附著力，地面產(chǎn)生的制動(dòng)力不能大于。 于是可以得到以下結(jié)論：（下式中Z代表法向力反向力，而是附著系數(shù)）
≤ （3-2）
（3-3）
摩擦力矩分為靜摩擦力矩和動(dòng)摩擦力矩，若制動(dòng)器制動(dòng)力小于或者等于實(shí)際產(chǎn)生的附著力大小，車輪將被“抱死”。這時(shí)對(duì)應(yīng)的就是靜摩擦力矩。處于靜摩擦力矩時(shí)就是和相互平衡，這個(gè)力就是使車輪靜止的最大制動(dòng)力。制動(dòng)過程中汽車為0時(shí)，地面制動(dòng)力將不再變大。而踏板力的增加會(huì)讓摩擦力矩變大，從而使制動(dòng)器的制動(dòng)力變大。上述力之間的關(guān)系如圖：
圖3.1制動(dòng)器制動(dòng)力與踏板力關(guān)系
根據(jù)下述公式可知地面對(duì)汽車車輪兩軸沿法 向力的反向力分別為：
＝（） （3-4）
＝（） （3-5）
3.2.2計(jì)算軸制動(dòng)力
（3-6）
其中是前軸制動(dòng)力，是后軸制動(dòng)力，是制動(dòng)強(qiáng)度
由上式可知：
（3-7）
（3-8）
其中為前軸的附著力， 為后軸附著力
在已經(jīng)確定的條件下，式中、代表的是制動(dòng)強(qiáng)度的函數(shù)，汽車在制動(dòng)過程中實(shí)際路面會(huì)有很多情況，而隨著制動(dòng)力的逐漸增大，可能會(huì)出現(xiàn)一些下列情況。第一種是前輪先抱死，然后后輪發(fā)生滑移現(xiàn)象。第二種是后輪先抱死，然后前輪發(fā)生滑移現(xiàn)象。第三種情況是前后車輪同時(shí)抱死，然后滑移。
在各種路況下，不管為多大，能夠獲得的制動(dòng)力總有最大值，這個(gè)值為
= （3-9）
（3-10）
綜合上面兩個(gè)式子得 ：，；
附著系數(shù)我們?nèi)?：則 = （3-11）
=x=8232N
/ = 4.2 （3-12）
然后計(jì)算知： ,
3.2.3最大制動(dòng)力矩的選取
就制動(dòng)器的力矩而言，計(jì)算前制動(dòng)力矩和后制動(dòng)力矩大小為：
（3-13）
（3-14）
是汽車前總制動(dòng)力、是汽車后總制動(dòng)力；
由此我們可以得出：應(yīng)選取作為每個(gè)輪的制動(dòng)器力矩的Max值。
3.3制動(dòng)鼓和襯片的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 計(jì)算制動(dòng)鼓內(nèi)徑
在受到的力不變的情況下，增加制動(dòng)鼓的內(nèi)徑可以改善制動(dòng)鼓的散熱，因?yàn)樵龃髢?nèi)徑力矩會(huì)增大。在實(shí)際制動(dòng)過程中需要考慮一個(gè)間隙，這個(gè)間隙約兩分米左右，存在于制動(dòng)鼓和輪輞之間，考慮這個(gè)間隙是因?yàn)樵O(shè)計(jì)制動(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸的時(shí)候要考慮輪輞內(nèi)徑的尺寸，這個(gè)間隙不能太小，太小會(huì)影響散熱。輪輞受熱也會(huì)產(chǎn)生粘連。比亞迪后輪胎的型號(hào)為：，通過參數(shù)可知之比是：
則：，故制動(dòng)鼓選值。
3.3.2 制動(dòng)鼓壁厚的選擇
對(duì)于制動(dòng)鼓厚度的選擇我們一般要考慮幾點(diǎn)，首先要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以此來選擇制動(dòng)鼓壁的厚度。而當(dāng)制動(dòng)鼓壁的厚度在10-15mm的時(shí)候的容量會(huì)增加，同時(shí)在摩擦過程中摩擦表面不會(huì)快速升溫?，F(xiàn)代轎車上會(huì)選擇6-13mm的范圍，故我們?nèi)≈?0mm。
一般我們?cè)谶x擇制作制動(dòng)鼓時(shí)候時(shí)候有和兩種。在選材方面一般用HT200，對(duì)應(yīng)的是鑄造式，之所以選用HT200，是因?yàn)槠湓诤芏喾矫婢哂袃?yōu)勢(shì)：比如制造相對(duì)容易，同時(shí)這種材料的耐磨性能好，耐熱性能也很不錯(cuò)。在實(shí)際制動(dòng)過程中，制動(dòng)鼓在受到外部載荷的時(shí)候容可能會(huì)發(fā)生變形，為了解決這個(gè)問題，可以加一個(gè)肋在它的外圍。這樣不僅可以增加剛度，還可以使制動(dòng)過程中的實(shí)際散熱效果有一定地提升。在確定壁厚的時(shí)候如果通過計(jì)算來將很不容易，所以一般在的選擇時(shí)通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行確定。
3.3.3 計(jì)算襯片的寬度、包角
接下來要進(jìn)行襯片的寬度和包角的計(jì)算，在半徑R的取值是固定的時(shí)候，對(duì)應(yīng)：
（3-15）
在包角的時(shí)候，在摩擦過程中襯片的磨損相對(duì)較小，對(duì)于襯片而言此時(shí)對(duì)應(yīng)的磨擦損耗相對(duì)較小。制動(dòng)效果也好。實(shí)驗(yàn)證明，如果適當(dāng)使β角減少，制動(dòng)器的散熱性能將會(huì)有一定提高，但單位載荷過大會(huì)使磨損顯著增大。如果過度增大β角，那么單位載荷過大會(huì)使磨損加。而且這個(gè)時(shí)候的制動(dòng)過程將變得不穩(wěn)定，可能會(huì)出現(xiàn)鎖死的情況。故通常取β
綜上所述，?。?
如果使它的寬度加大，則可以減小磨損，但如果大大加寬寬度，那么。通過查資料可以知道汽車的總質(zhì)量和襯片對(duì)應(yīng)的的對(duì)應(yīng)情況，通過下表的數(shù)據(jù)我們可以看出，質(zhì)量為1t左右的汽車對(duì)應(yīng)的襯片摩擦面積為。由此可知：.，。
汽車類別
汽車總質(zhì)量
m/t
制動(dòng)器襯片多對(duì)應(yīng)的摩擦面積 /cm
轎車
0.9~1.5
1.5~2.5
100~200
200~300
客車與貨車
1.0~1.5
1.5~2.5
2.5~3.5
3.5~7.0
7.0~12.0
12.0~17.0
120~200
150~250
250~400
300~650
550~1000
600~1500
3.3.4 摩擦襯片的摩擦系數(shù)的選取
在選取的時(shí)候我們要考慮幾方面的因素，首先為了保證制動(dòng)過程中的制動(dòng)片制動(dòng)效果，摩擦系數(shù)不能太低，要選擇相對(duì)較高的摩擦系數(shù)。當(dāng)然我們也應(yīng)該注意，過高的摩擦系數(shù)并不一定有更好的效果，因?yàn)樗⒉皇?。還需要考慮材料的因素，摩擦片的材料摩擦?xí)r一般不大于300°，而系數(shù)的選擇一般處于0.25到0.35。綜上所述我選擇的系數(shù)是0.3。
3.4零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1 設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓摩擦襯片系數(shù)
在設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓摩擦襯片系數(shù)的時(shí)候我們要考慮一些因素，首先，在材料方面，要求摩擦片的比熱容要相對(duì)大一些，同時(shí)還要具有足夠的剛性。以上兩點(diǎn)是設(shè)計(jì)系數(shù)時(shí)最重要的，還有其他一些方面同樣不可忽略，在實(shí)際制動(dòng)過程中的制動(dòng)鼓溫度，摩擦片工作表面受力情況，還有選材方面襯片要和制動(dòng)鼓一致等等情況都是需要考慮的。
通常來說像比亞迪F3這樣的小型車使用組合制動(dòng)鼓的情況較多用，而對(duì)于一些大型車重型車而言，鑄鐵材料制造而成的制動(dòng)鼓會(huì)多一些?，F(xiàn)在更多的是采用鋁合金材料的制動(dòng)鼓。本課題選擇的就是這種制動(dòng)鼓。這種鼓有著材質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)我們還在內(nèi)表面涂了層珠光體，這樣制動(dòng)鼓的耐磨性和散熱性也都有一定提升。
3.4.2 制動(dòng)蹄的設(shè)計(jì)
從制作方面開始考慮，制動(dòng)蹄制作的方式有兩種，一種是通過鑄造方式，另一種是通過沖壓焊接的方式，前者主要應(yīng)用于大型車，后者主要應(yīng)用于小型車。制動(dòng)蹄要有足夠的剛度，故截面形狀的選擇要合適。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮摩擦受力的均勻以避免有可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時(shí)制動(dòng)蹄在制動(dòng)時(shí)噪音不能過大。
。
。
。
3.4.3 制動(dòng)底板的設(shè)計(jì)
制動(dòng)底板作為制動(dòng)器上其他零件安裝基礎(chǔ)，使得其他零件在組裝的過程中位置正確。在選用時(shí)同樣要考慮剛度，磨損等因素，底板要有足夠的剛度。這樣可以應(yīng)對(duì)反力矩可能造成的。
制動(dòng)底板選材為灰鑄鐵。
3.4.4 計(jì)算制動(dòng)輪缸的直徑和工作容積
（3-16）
一般來說，因?yàn)榇嬖谳喐讐毫Γ覀兂Ｈ ?
查資料可知，于是可以得到
接著代入得：
（3-17）
取主活塞缸行程。
故我們可以算出工作容積的大?。?
3.5制動(dòng)性能的分析
3.5.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
通常來說衡量汽車的制動(dòng)性能好壞時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)，首先要看汽車在制動(dòng)過程中他下制動(dòng)踏板后到汽車完全停止的過程中經(jīng)過的距離，而這個(gè)距離和踏下制動(dòng)踏板后的汽車減速度有關(guān)，所以這兩個(gè)參數(shù)需要考慮。其次制動(dòng)穩(wěn)定性也是衡量制動(dòng)性能的重要指標(biāo)，這也是汽車在制動(dòng)過程中保證汽車安全的重要因素。同時(shí)，車輛在抗衰退性能也是評(píng)價(jià)制動(dòng)性能的重要指標(biāo)。
3.5.2 制動(dòng)力的分配關(guān)系
汽車在制動(dòng)過程中，實(shí)際路面會(huì)有很多情況，制動(dòng)力會(huì)逐漸增大，而隨著制動(dòng)力的增大，加上各種不同的路況，在達(dá)到一定的數(shù)值后有可能會(huì)出現(xiàn)一些特殊的情況.我們來進(jìn)行分類說明，首先第一種是前輪抱死，然后后輪發(fā)生滑移現(xiàn)象，之后后輪也會(huì)這樣。第二種是后輪抱死，然后前輪發(fā)生滑移現(xiàn)象，之后前輪也會(huì)這樣。第三種情況是前后車輪同時(shí)抱死，然后滑移。根據(jù)參數(shù)和制動(dòng)力的分配系數(shù)，我們可以得到下圖所示：
1
2
1
2
I線
I線（滿載）
I線（滿載）
I線（空載）
j=0.7
B
0
Fb1/KN
FB2/KN
圖3.3轎車的I曲線和線
3.5.3 制動(dòng)減速度
假設(shè)汽車行駛路面平穩(wěn)，在制動(dòng)過程中制動(dòng)器提供全部的制動(dòng)力，在不考慮其他影響條件的情況下，=
由上式可知：
= =785+1600=2385N/m （3-18）
=370mm， =1200kg
帶入上式可得：=(785+1600)/0.3771200=6.16
由于5.8<6.16<7故算出的結(jié)果滿足要求。
3.5.4 制動(dòng)距離
在汽車制動(dòng)過程中我們假定其在，下，
（3-19）
其中：，
則
：
當(dāng)=60時(shí)：
綜上所述，在制動(dòng)距離上滿足要求。
3.5.5 計(jì)算摩擦片的磨擦損耗
1、
（3-20）
（3-21）
上式中=0，對(duì)應(yīng)的=1。初速度和末速度的差值為-=27.8m/s。對(duì)應(yīng)的制動(dòng)減速度大小為: =0.6g0.610=6。= 7600，對(duì)于總質(zhì)量為1.5-2.5t的汽車，摩擦面積為200~300cm，故選擇。
代入得： =
故符合要求。
=
故符合要求。
2、比滑摩功
在汽車的速度從最大值到速度為0的制動(dòng)過程中摩擦片就是比滑摩功：
（3-22）
：
=；
速度最大值：
：，故符合要求。
3.5.6 計(jì)算上下坡停車時(shí)的極限 傾斜角
(1) 上坡的時(shí)候的極限傾斜角
(3-23)
=
由于 25>16，故符合要求。
(2) 下坡停車的時(shí)候的極限傾斜角
(3-24)
=
由于屬于范圍，故符合要求。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第4章 鼓式制動(dòng)器的三維建模
4 鼓式制動(dòng)器的三維建模
4.1制動(dòng)蹄的建模過程
打開PRO/E三維制圖軟件，點(diǎn)擊菜單文件中的“新建”，選擇“零件”，并對(duì)其進(jìn)行命名為“ZHIDONGTI”，之后進(jìn)行拉伸。選擇基準(zhǔn)平面FRONT面進(jìn)行繪圖，之后點(diǎn)擊進(jìn)入草繪模式，按尺寸進(jìn)行制動(dòng)蹄翼板的側(cè)面的繪制。
之后退出草繪，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行拉伸，其寬度為“64mm”。如下圖4.1所示：
根據(jù)上述基礎(chǔ)，建立兩個(gè)基準(zhǔn)面，與制動(dòng)蹄翼板相切，如下圖4.2所示：
在已建立的基準(zhǔn)面DTM1上，通過拉伸工具進(jìn)行圓柱銷的拉伸，如下圖4.3所示：
查閱資料，一般邊緣處和制動(dòng)蹄的底板間厚度取3~5mm；因此對(duì)本次設(shè)計(jì)邊緣的拉伸厚度5mm。在退出草繪模式后，進(jìn)行拉伸，其厚度選取5mm。之后利用打孔工具在邊緣的合適的位置進(jìn)行打孔。
在繪制完一側(cè)制動(dòng)蹄后，選取該側(cè)整個(gè)模型，點(diǎn)擊 “鏡像”按鍵，基準(zhǔn)選擇FRONG面為，之后得到整體制動(dòng)蹄三維模型，如下圖4.4所示。
4.2摩擦片的建模過程
在摩擦片的設(shè)計(jì)中，使用拉伸工具進(jìn)行整體模型創(chuàng)建，首先進(jìn)入草圖，進(jìn)行圓弧的繪制。其所對(duì)應(yīng)的弧度為108度的包角；取摩擦片的厚度為5mm。之后進(jìn)行拉伸，拉伸大小為64mm。點(diǎn)擊完成按鈕，獲得單片摩擦片模型，之后在此基礎(chǔ)上，在摩擦片上進(jìn)行打孔，在繪制完一側(cè)摩擦片后，利用鏡像，得到整體摩擦片三維模型。如圖4.5：
4.3拉力彈簧建模過程
點(diǎn)擊新建，創(chuàng)建一個(gè)零件，并對(duì)其命名為“LALITANHUANG”。單擊菜單欄上的插入，在下拉菜單中選擇螺旋掃中的描伸出項(xiàng)；之后確立草繪平面，操作過程如下圖4.6：
彈簧高度為22.5mm，在創(chuàng)建過程中，需要對(duì)彈簧所對(duì)應(yīng)的節(jié)距值進(jìn)行選取，該彈簧設(shè)計(jì)取值為4.5；確定節(jié)距值之后，再次進(jìn)入草繪平面進(jìn)行彈簧粗細(xì)大小的確定。最后點(diǎn)擊完成按鈕，壓緊彈簧模型就完成了。如下圖4.7。
4.4制動(dòng)輪缸的建模過程
在對(duì)制動(dòng)輪缸進(jìn)行建模時(shí)，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、拔模等建模命令按鈕。制動(dòng)輪缸的直徑D由上一章的計(jì)算得到，大小為30mm；制動(dòng)輪缸的容積大小為2826mm。因此制動(dòng)輪缸的長(zhǎng)度取值為95mm。根據(jù)上述尺寸進(jìn)行建模，得到下圖4.8所示的模型。
4.5制動(dòng)底板的建模過程
加緊銷、支撐銷、壓桿、止動(dòng)桿、后制動(dòng)輪缸和制動(dòng)蹄等零件的整體裝配承載底板就是制動(dòng)底板，同時(shí)它需要保持和制動(dòng)鼓完全組合為一體。故對(duì)于制動(dòng)底板的建模同時(shí)需要考慮另外許多零件尺寸的大小，特別是制動(dòng)蹄固定部分所對(duì)應(yīng)的尺寸以及制動(dòng)輪缸放置位置所對(duì)應(yīng)的平面。
在使用制圖軟件創(chuàng)建制動(dòng)底板模型的過程中，按照知識(shí)點(diǎn)中包含的內(nèi)容。創(chuàng)建過程如下圖4.9，圖4.10。
4.6制動(dòng)鼓的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行建模。首先在草繪中根據(jù)尺寸進(jìn)行草繪，之后進(jìn)行拉伸，然后利用旋轉(zhuǎn)按鈕對(duì)其進(jìn)行一周旋轉(zhuǎn)；最后使用打孔工具，進(jìn)行螺栓孔以及軸孔的打孔。創(chuàng)建過程如下圖4.11， 圖4.12 。
4.7制動(dòng)輪缸放氣螺栓的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對(duì)螺栓進(jìn)行建模。首先輸入我們計(jì)算所獲得的尺寸，然后需把它旋轉(zhuǎn)一周，如圖4.13。
4.8制動(dòng)輪缸油管接頭的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對(duì)螺栓進(jìn)行建模。首先輸入我們計(jì)算所獲得的尺寸進(jìn)行草繪，然后需把它旋轉(zhuǎn)一周，之后進(jìn)行拉伸，之后對(duì)其旋轉(zhuǎn)一周，如下圖4.14。
4.9裝配分解鼓式制動(dòng)器
首先我們將零件進(jìn)行組合，把它們裝配成一個(gè)整體，然后對(duì)其修改分析。具體的過程為：先創(chuàng)建一個(gè)組建文件，然后通過定向、對(duì)齊、匹配、重合等命令進(jìn)行添加和和約束原件，旋轉(zhuǎn)、平移等命令也會(huì)用到。這些完成之后，對(duì)裝配原件進(jìn)行編輯。
在進(jìn)行裝配的時(shí)候通過“將原件添加到組件”命令，將之前的三維模型性導(dǎo)入新文件，首先對(duì)后輪軸進(jìn)行裝配，然后是 ，過程如下圖4.15、圖4.16、圖4.17、圖4.18。
4.10 干涉檢查
通過Pro/E的干涉檢查并沒有出現(xiàn)干涉的不良現(xiàn)象，故本次裝配的圖紙可靠有效。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第5章 有限元分析
5 有限元分析
5.1對(duì)摩擦片的進(jìn)行有限元分析
5.1.1在Pro/E中建立Ansys
正常情況下ANSYS軟件不能直接變換Pro/E的文件，必須要通過一定的步驟與ANSYS聯(lián)結(jié)從而使模塊激活。而是一定要按照下述的步驟對(duì)ANSYS進(jìn)行聯(lián)結(jié)過程的設(shè)置并且需要對(duì)相關(guān)的模塊進(jìn)行激活：
首先點(diǎn)擊鼠標(biāo)“開始—>程序—>ANSYS—>Utilities—>ANS_ADM IN”，然后會(huì)彈出下面彈框，點(diǎn)擊OK按鈕。之后的選擇為：Configuration Connection for Pro/E—>OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK，
在做完以上過程后，config anscon文件就能夠成功生成了。窗口提示如圖5-2，然后需要牢記config anscon的路徑。在出現(xiàn)“Pro/Engireer Installation path”的對(duì)話框后把安裝路徑填進(jìn)去。Pro/e設(shè)計(jì)語言選擇 usascii，再點(diǎn)下OK。然后會(huì)彈出窗口提示我們protk.dat 文件成功生成。
在生成之后打開Pro /E，ANSYS8.0就會(huì)顯示在工具欄中，當(dāng)出現(xiàn)上述情況的時(shí)候證明聯(lián)接成功。聯(lián)接成功后打開三維圖設(shè)置，通過把模型導(dǎo)入ANSYS，之后再點(diǎn)擊即可完成。
5.1.2導(dǎo)入摩擦片模型
首先導(dǎo)入的式摩擦襯片，如下圖5.3。
5.1.3 對(duì)摩擦片劃分網(wǎng)格
一個(gè)單元數(shù)據(jù)庫(kù)中存在很多的單元類型，一般分為梁、桿、平面等。因?yàn)槊總€(gè)單元都有許多不同的功用，故大部分可選擇的類型有很多，因此每個(gè)單元的作用都是不同的 。按照鼓式制動(dòng)器所對(duì)應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)，本課題選擇的是具備八節(jié)點(diǎn)及六面體結(jié)構(gòu)形式的單元，在具體的實(shí)際分析過程中使用SOLID187單元。本課題選用的摩擦襯片材料是模壓材料，其屬性是：
） ：
） ：
） ：
產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和單元是對(duì)網(wǎng)格劃分的用途所在。進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，邊界處收到的載荷和約束都是對(duì)邊界點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的。下面是網(wǎng)格劃分的過程：
（1）建立單元數(shù)據(jù)，其中包含有材料屬性的選擇、相關(guān)幾何常數(shù)的選擇以及單元類型的選擇。
（2）確定網(wǎng)格數(shù)。見圖5.4，得到單元數(shù)為9158，節(jié)點(diǎn)數(shù)為19088。
5.1.4加載求解摩擦片
將相應(yīng)的約束條件、慣性形式的載荷力矩大小以及壓強(qiáng)大小進(jìn)行加載求解?？梢垣@得的位移云圖如下5.5。從圖中我們能看出，較大位移的地方是端部，而最大位移在端部往下一點(diǎn)，之所以會(huì)這樣是因?yàn)樗穷I(lǐng)蹄，最大位移為故最大位移未超過位移量的極大值，故本設(shè)計(jì)符合對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。
根據(jù)圖5.6能夠看出在對(duì)應(yīng)的摩擦襯片上，摩擦襯片的上部區(qū)域靠近促動(dòng)力所作用的位置受到的應(yīng)力相對(duì)較大，最大的應(yīng)力為195284pa，對(duì)應(yīng)圖中的MX處，而最小。，產(chǎn)生這。極，因?yàn)樗贸龅?，所以符合要求?
5.2對(duì)制動(dòng)鼓的有限元分析
5.2.1 對(duì)制動(dòng)鼓劃分網(wǎng)格
因?yàn)椴牧线x擇的是鑄造材料，所以：
）：
泊松比）：0.35
）： 2600
下面是具體劃分過程：
（1）首先建立單元數(shù)據(jù)，其中包含有材料屬性的選擇、相關(guān)幾何常數(shù)的選擇以及單元類型的選擇。
（2）設(shè)定網(wǎng)格劃分的參數(shù)。得到如圖5.7所示所得的節(jié)點(diǎn)數(shù)為20746，單元數(shù)量為9876。
5.2.2加載求解制動(dòng)鼓
將載荷大小以全部加載求解。得到摩擦片位移云圖如下5.8。根據(jù)位移云圖能夠看出對(duì)應(yīng)最大位移的位置是圖中所示的MX處，對(duì)應(yīng)的最大位移大小等于0.167709mm，最大位移的值沒有超過位移量的極大值，故本設(shè)計(jì)符合對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。
根據(jù)下圖5.9不難發(fā)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的摩擦襯片上，摩擦襯片的上部區(qū)域靠近促動(dòng)力所作用的位置受到的應(yīng)力相對(duì)較大，根據(jù)位移云圖能夠看出對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力的位置是圖中所示的MX處，對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力大小等于，對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力的位置是圖中所示的MX處，對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力大小等于。，而，故本設(shè)計(jì)符合對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的相關(guān)要求
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 結(jié)論
結(jié) 論
本文研究的對(duì)象為鼓式制動(dòng)器，借助于查詢相關(guān)的文章以及資料來熟悉鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，然后根據(jù)所選車型的相關(guān)參數(shù)對(duì)制動(dòng)器上所有零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)以及計(jì)算，在設(shè)計(jì)出零件相應(yīng)尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)強(qiáng)度的校核，接著使用PROE軟件對(duì)制動(dòng)器所有零件建立模型并裝配成一個(gè)完整的整體，最后將裝配成的整體模型導(dǎo)入至ANSYS分析。
在進(jìn)行制動(dòng)器設(shè)計(jì)的時(shí)候的有兩大重點(diǎn)，其一就在于如何確保制動(dòng)蹄和摩擦片之間的互相配合，其二就是摩擦片和制動(dòng)鼓之間所存在的摩擦作用。本設(shè)計(jì)根據(jù)一系列的參數(shù)選擇，的值β=108°、β0=36°、為
，從而確認(rèn)所設(shè)計(jì)的制動(dòng)鼓以及摩擦片符合相關(guān)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
因?yàn)閭€(gè)人所掌握的知識(shí)十分有限，對(duì)PROE、ANSYS等軟件也掌握較少，故本次對(duì)鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)必然存在很多的不足之處，不過通過完成此次論文并結(jié)合所學(xué)知識(shí)使我對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)有了較為透徹的了解，這對(duì)于畢業(yè)以后進(jìn)入工作崗位開展實(shí)際業(yè)務(wù)大有裨益，我從中收益良多。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
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金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致 謝
時(shí)間如白駒過隙，不知不覺間大四已近尾聲，而在最后得這段時(shí)間，我將把四年所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于我的畢業(yè)論文，交上我的最后一份作業(yè)。
寒假之前老師就已經(jīng)布置了論文的任務(wù)，期間老師也是一直很認(rèn)真負(fù)責(zé)，有不明白不會(huì)的地方老師都會(huì)細(xì)心耐心的回答，我們需要做些什么，需要掌握什么，要通過哪些方法才能實(shí)現(xiàn)，在這些細(xì)節(jié)方面老師有問必答，老師自己的事情的比較多，但她能在百忙之中抽出時(shí)間定期的關(guān)心我們的論文進(jìn)度，并不時(shí)地提出修改建議和改進(jìn)方法，這使我受益匪淺，每一次從不會(huì)到慢慢掌握，老師都付出了極大的耐心和精力，作為她的學(xué)生，這一切我都看在眼里，老師一直強(qiáng)調(diào)做事情要認(rèn)真，不光是在論文上，做其他事也是如此，老師這種生活態(tài)度也讓我深記心中并以之為榜樣。
同時(shí)在做論文的過程中還有很多其他人的幫助，同學(xué)朋友在我做到一些問題遇到瓶頸的時(shí)候也很熱心，在做論文的整個(gè)過程中他們也都一直支持著我，不時(shí)給我一些建議，提高了我效率，同時(shí)讓我了解了更多的解決方式和方法，他們不僅是我生活中的朋友，也是我一同學(xué)習(xí)一同進(jìn)步的伙伴。
畢業(yè)論文是大學(xué)期間的最后一個(gè)考驗(yàn)，同時(shí)也是對(duì)我專業(yè)能力的一次檢驗(yàn)，在通過自己的努力和大家的幫助下我要努力做好這最后的一份答卷。