桑塔纳轿车领从蹄式鼓式制动器的结构设计含开题及10张CAD图.zip

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摘要
设计一款制动效能高、工作稳定性好的制动器对汽车的汽车在行驶过程中的安全性和可靠性具有重要意义。本文根据桑塔纳2000的性能参数,设计与开发了一种能够满足使用要求的领从蹄式鼓式制动器。主要内容包括领从蹄式鼓式制动器的总体方案设计、制动器的主要参数的确定、制动器促动系统的设计、领从蹄式鼓式制动器的主要零部件的结构强度校核、领从蹄式鼓式制动器三维模型的建立,领从蹄式鼓式制动器装配图和零件图的绘制;总体方案设计内容包括分析比较不同类型的鼓式制动器特点,结合桑塔纳2000的性能要求,确定了采用领从蹄式鼓式制动器作为桑塔纳2000后轮制动器的总体方案;制动器的主要参数包括制动力和制动力分配系数、同步附着系数、制动强度和附着系数利用率、制动器最大制动力矩、制动器的结构参数与摩擦系数;促动系统的设计包括促动装置选型、制动管路的回路选型、制动轮缸直径和工作容积制动踏板力和制动行程、制动力矩、制动器热容量等结构参数;分析了制动蹄压力分布规律和径向变形规律、行车制动效能、摩擦衬片的磨损特性、温升的核算、驻车制动极限倾角等性能参数;完成了制动臂、制动凸轮轴、制动蹄支承销、紧固摩擦片铆钉等主要零部件的结构强度校核;通过结构设计、结构强度校核、三维模型建立及工程图的绘制,最终完成了领从蹄式鼓式制动器的设计。
关键词:鼓式制动器;促动系统;制动力矩;三维模型
ABSTRACT
 drumdrakesthatcanmeettheuse  drumdrakes、Determinethemainparametersofthebrake、Thedesignofbrakeactuationsystem、Thestructuralstrengthcheckofleadingtrailingshoe drumdrakesmajorparts、Theestablishmentthree-dimensionalmodelof leadingtrailingshoe drumdrakes、Theassemblydrawingandpartdrawingof leadingtrailingshoe drumdrakes;TheoverallschemecontainsAnalysisofdrumbrakecharacteristicscomparisonofdifferenttypes,combinedwiththeperformancerequirementsofSantana2000,theleadingandtrailingshoebrakeastheoveralldesignofthedesignobject;themainparametersincludebrakebrakingforceandbrakingforcedistributioncoefficient,thesynchronousadhesioncoefficient,brakestrengthandattachmentstructureparametersandcoefficientoffrictioncoefficient,utilizationratethemaximumbrakebrakingtorque,brakedesign;actuationsystemincludingactuatingdeviceselection,calculationofloopwheelbrakecylinderdiameterandthevolumeofworkofbrakepedalandthebrakingdistance,brakingtorque,brakethermalcapacityandstructureparameterssuchasbrakepipeline,analysisofbrakeshoepressuredistributionandradialdeformation,brakingefficiency,frictionliningwearcharacteristics,WenSheng'saccounting,Parkingbrakelimitangle;Completedthestructuralstrengthcheckingbrakearm,brakecamshaft,brakeshoeanchorpin,fasteningliningrivetsandothermajorcomponents;Formthestructuraldesign,structuralstrengthcheck,three-dimensionalmodelingandrenderingdrawings,theassigneddesigningofleadingtrailingshoe drumdrakesiscompleted.
Keywords:drumbrakes;Actuationsystem;braketorque;three-dimensionalmodel
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目录
第一章绪论 1
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第二章鼓式制动器的结构方案设计 4
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第三章制动系的主要参数设计 11
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第四章制动器的设计计算 19
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第五章制动器主要零部件的结构设计与强度计算 37
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第六章结论 45
参考文献 46
致谢 47
附录A主要设计参数 48
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第一章绪论

首先,虽然随着路面质量和汽车技术的发展,汽车的行驶速度的不断提高给人们的生活带来了许多便利,但随之而来的交通安全事故也日益严重,人们的生命和财产受到了严重威胁。虽然汽车安全技术(如制动防抱死系统(ABS)、安全气囊)在一定程度上提高了汽车驾驶的安全性,但最根本的问题仍然是如何提高制动器的制动性能。高速行车和车流密度的加大交通事故出现的频率,因此现代汽车设计中一项十分引人关注的问题就变成了如何保证行车安全。毫无疑问汽车制动器是汽车上的一个十分关键的部位,它对对汽车行驶的安全性和制动的可靠性的作用是不容忽视的。现代交通事故频发的一个十分重要的原因就是制动器的制动效能衰退,这是因为一旦制动器的持续负荷过大,汽车行驶环境十分恶劣,制动产生的摩擦热不能及时的传递出去,从而使汽车制动器的制动效能衰退。对于鼓式制动器来说,这种现象尤为严重,特别是汽车在高频率长时间制动时,制动鼓不断升温,更容易产生制动效能热衰退现象,从而使行车的安全性和稳定性造成极大威胁。可见对车辆鼓式制动器进行改进对我们的行车安全具有重要意义。
其次,随着我国经济的不断发展,人们对汽车的需求不断增大,我国的汽车工业的持续繁荣发展,汽车零部件出口量逐年高速上升。虽然现在情况十分喜人,但是在这繁荣背后仍然隐藏着许多威胁,国产汽车零部件的质量受到市场的不断考验,整车召回事件时有发生,买家对于汽车本身质量的要求不断增加。毫无疑问,制动器作为汽车上的十分重要的组件,人们对它的质量要求也随之不断提升。考虑到目前的形式和将来的发展,我们有十分必要加强对制动器方面的研究。而蹄-鼓式制动器,它的一个突出优点是可利用制动蹄的增势效应来达到很高的制动效能因数,并且它具有多种不同性能参数的可选结构型式,而且它制动性能的可设计性十分强、制动效能因数的选择范围十分宽广,最重要的一点就是它可以满足大部分汽车的制动性能要求,适应面十分宽广。因此,我们可以以领从蹄式鼓式制动器为着手点进行研究,为以后更深入的研究提供理论参考。

当世界上第一辆汽车出现时,制动器这个名字也随之出现了,在对汽车进行百年的使用与研究过程中,人们也逐渐开始了对制动器进行摩擦、接触、振动、温度以及噪声等方面的研究。在研究过程中,人们形成了一套十分完善的理论。毫无疑问,制动效能因数是
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人们评价制动器性能的一个十分关键的指标。现在市场上旳鼓式制动器普遍存在着制动效能不稳定、摩擦副压力分布不均匀等一系列缺点,因此现在的鼓式制动器的制动效能十分容易发生热衰退、水衰退和机械衰退等现象。
韩文明等分析单自由度和二自由度制动蹄效能因数随摩擦片上径向合力作用点位置和摩擦系数变化的特性,将制动效能因数分解为分别取决于制动蹄的杠杆增力作用和摩擦自增势(或自减势)作用的两部分,进而分析每部分制动效能因数随摩擦片上径向力作用点位置和摩擦系数的变化特性,并提出提高制动效能及其稳定性的有效途径,为普通鼓式制动器的改进提供理论基础[1]。针对摩擦衬片压力分布不均勾的问题,吕振华等定义摩擦片压强的两种不均匀度指数,推导现有的鼓式制动器的不均匀度指数计算公式,分析其变化特性,以这两种压强不均勻度指数作为新的评价指标,评价各种型式的鼓式制动器,并提出制动蹄分为相互联动的两部分的结构型式可显著提高制动效能[2][3]。摩擦衬片与制动鼓属于典型摩擦接触问题,通过有限元仿真分析的方法,可得到试验较难测得的接触应力分布状态。毛智东等通过利用有限元分析软件ANSYS建立鼓式制动器的有限元模型,分析了摩擦衬片与制动鼓的接触应力,得到接触压力的分布特性和制动器的应力分布场,结果表明分析精度较高,为设计提供了理论指导[4]。
国外的研究工作者对制动效能因数同样展开了大量的研究。ShanShih等通过建立鼓式制动器的线性和非线性有限元模型,得出小型制动器的线性模型计算结果较好,对于大功率的制动器则误差较大[5]。,预测了制动器的噪声与振动特性,结果表明初始条件对接触压力的分布影响较大[6]。IbrahimAhmed等基于鼓式制动器三维有限元模型对制动器的摩擦接触噪声问题进行了研究,验证了摩擦材料的压缩性、摩擦系数以及接触面上的压力分布,分析结果表明接触刚度对制动器噪声有较大影响,较大的刚度可降低噪声[7]。
现在市场上的汽车普遍采用制动器大多是摩擦式制动器,而摩擦式制动器的实际工作性能在制动系中是最复杂、最不稳定的一个因素。摩擦制动器根据它的旋转元件的不同大致可分为鼓式、盘式和带式三类。长期以来,人们为了充分发挥出蹄-鼓式制动器制动的重要优势,一直在对鼓式制动器进行各种研究工作和技术改进,想要克服鼓式制动器本身的主要缺点和提高它的制动效能,现在人们十分重视对蹄-鼓式制动器工作过程和性能进行计算和分析方法的研究。这类研究工作的重点往往放在制动器结构和实际工作环境等因素对鼓式制动器的制动效能和制动稳定性的影响。到目前为止,这些研究工作已经取得了一些比较重要的研究成果,而且得到了一些具有可行性的改进措施,鼓式制动器的制动性能也有了相应程度的优化。有的制动器在热容量和散热等方面,采用了双侧带散热风扇结构,并设计了散热风道等,这些措施使得该制动器有着极好的应用前景
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[8]。尽管现在对制动器的设计研究已经取得了一定的成绩,但是与我们日益飞速增长的科技相比仍有很大的不足之处。因此我们仍然需要对领从蹄式鼓式鼓式制动器进行设计,这种设计对鼓式制动器的制动效能的提高有着不可替代的基础性和研发性作用。

首先,根据所选用的设计车型的特点,把所选车型制动系统的制动力和制动器的最大制动力矩计算出来,然后根据实际情况成领从蹄式鼓式制动器的方案设计、结构设计以及制动器的制动性能分析,其次,再计算与确定出所设计的领从蹄式鼓式制动器的主要参数,完成摩擦衬块的磨损特性计算以及核算领从蹄式制动器的热容量和温升情况,并计算出制动器的制动力矩然后校核其合理性,最后在二维cad或三维设计平台Proe中完成鼓式制动器零件图以及装配图的绘制并且建立三维模型、对设计合理性的进行分析和评价。
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第二章鼓式制动器的结构方案设计
现在市场上的汽车制动器几乎都是摩擦式制动器,而摩擦式制动器根据其旋转元件可分为鼓式、盘式、带式三大类。考虑到所选用设计车型的实际情况,我们主要从鼓式制动器来着手。
鼓式制动器可以大致分为内张式和外束式两种类型,它们都是利用制动器的制动蹄片去挤压制动鼓从而获得制动力的。内张式的鼓式制动器是以制动鼓的内圆柱面为工作表面,现在市场中这种内张式的鼓式制动器在现代汽车上运用广泛;而外束式的鼓式制动器则是以制动鼓的外圆柱面为工作表面,现在市场上很少有车型使用这种制动器来做为行车制动器。
按照鼓式制动器的制动蹄张开装置形式的不同,鼓式制动器大致可分为轮缸式鼓式制动器和凸轮式鼓式制动器,轮缸式鼓式制动器采用液压制动轮缸来作为制动器的制动蹄张开装置,带有液压制动系统的车型大多采用这种型式:而凸轮式鼓式制动器则是采用凸轮装置来作为制动器的张开装置,这种型式大多运用在带有气压制动系统的车型上。

毫无疑问,制动蹄片是鼓式制动器上的一个至关重要的部件,所以我们对鼓式制动器进行分类时要从制动蹄片来着手。制动蹄根据其制动时在促动装置作用下蹄片张开的转动方向与制动器的制动鼓的转动方向相比较,可大致分为领蹄和从蹄这两种类型。
由于市场上凸轮式的鼓式制动器的占有率不高,而且气压制动系统的组织机构较为复杂。因此,我主要对轮缸式鼓式制动器进行设计。轮缸式鼓式制动器的分类方式有多种,根据它的主要区别大体可以按3种分类方法分类。首先,可以按照制动器蹄片的固定支点数和固定位置来分类,因为随着制动器制动蹄片的固定支点和它的张开力位置不同,不同形式的鼓式制动器的领、从蹄的数量不同从而制动器的制动效能也不一样;其次,可以按照制动器的促动装置的型式和数量来分类,最后,还可以按照制动器制动时两蹄片的受力状态来进行分类。
综合考虑以上三种分类方法,我决定按照第三种方法来进行分类。轮缸式鼓式制动器按照其制动时制动蹄片的受力状态不同,大致可分为领从蹄式、双领蹄式、双从蹄式、自增力式等类型,。
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a)领从蹄式b)单向双领蹄式c)双向双领蹄式
d)双从蹄式e)单向自增力式f)双向自增力式


)所示,图上的旋转箭头表示汽车前进时的制动鼓的旋转方向,则按照受力可知蹄1的旋转方向与制动鼓一致,则蹄1为领蹄,同理易知蹄2为从蹄。当汽车倒车时制动鼓的旋转方向随之而改变,此时蹄1就变成了从蹄,蹄2就成为了领蹄。这种结构的鼓式制动器就称为领从蹄式鼓式制动器。
它的张开装置有两种形式,第一种采用凸轮或楔块张开装置,:
a)非平衡凸轮式b)平衡凸块式c)楔块式

由于平衡式和楔块式的中心是浮动的,而非平衡式的中心是固定的,因此平衡式和楔块式
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的机械张开机构产生的张开力大小相等方向相反。而非平衡式产生的张开力不会相等。这对于汽车制动十分不利。第二种则是采用两个活塞直径相等的液压轮缸作为张开装置,所产生的张开力大小相等方向相反。
根据制动器的支承结构以及调整方法的不同,领从蹄鼓式液压制动器又有不同的结构方案,
一般形式;(b)单固定支点;轮缸上调整
(c)双固定支点;偏心轴调整;(d)浮动蹄片;支点端调整
(液压驱动)
如采用一般形式的支承和调整方法,制动器的两蹄张开力无法保证相等,且调整不便。如采用单固定支点的形式,它与双固定支点偏心轴调整相比调整不精确,假若采用浮动支承,则可使制动蹄具有一定的浮动量从而使制动蹄能够自动定心,但它的安装精度要求过高。
领从蹄式鼓式制动器的效能及稳定性均处于制动器的中等水平之中,但由于领从蹄式鼓式制动器在汽车前进和倒车时的制动性能不会发生改变,而且制动器的结构较为简单,装配方便,而且便于改装。

双领蹄式制动器按照汽车制动效能的变化可分为单向双领蹄式鼓式制动器())和双向双领蹄式鼓式制动器())两种类型。制动效能在汽车前进和汽车后退时发生改变的为单向双领蹄式制动器,制动效能不变的为双向双领蹄式制动器。
因此,在当前的汽车市场上,双向双领蹄式鼓式制动器应用的远比单向双领蹄式鼓式制动器广泛。)。该制动器的制动蹄的两端均为浮式支承,因此,双向双领蹄式鼓式制动器两制动蹄所受到的张开力大小相等。