毕业设计（论文）-轿车鼓式制动器设计与分析.docx

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1、毕业设计（论文）设计（论文）题目：轿车鼓式制动器设计与分析学生姓名二级学院班级提交日期目录摘要1Abstract21绪论311制动系统发展历史312制动系统的现状41.3鼓式制动器优缺点413.1优点41.3.2缺点414主要内容和研究意义52鼓式制动器设计与计算62.1 鼓式制动器的选择61.1 .1鼓式制动器的分类61.2 .2液压制动操纵系统的结构62.2同步附着系数82.3制动强度和附着系数利用率92.4制动器最大的制动力矩92.5制动器的结构参数与摩擦系数102. 5.1制动鼓直径。113. 5.2制动蹄摩擦片宽度以制动蹄摩擦片的包角夕和单个制动器摩擦面积44. 5.3摩擦衬片起始角

2、A)125. 5.4张开力P的作用线至制动器中心的距离e146. 5.5制动蹄支承销中心的坐标位置与C147. 5.6摩擦片摩擦系数142. 6制动蹄片上的最大压力143鼓式制动器的主要结构元件193. 1制动鼓193. 2制动蹄193. 3制动底板203. 4制动蹄支承203 .5制动轮缸204 .6摩擦材料218. 7制动摩擦衬片213.8制动器间隙224鼓式制动器的校核244. 1摩擦衬片的磨损特性计算244. 2制动器的热容量和温升的核算259. 3制动器结构的校核264.3.1轮缸直径与工作容积264.3.2制动轮缸活塞宽度与缸筒的壁厚275鼓式制动器的有限元分析285. 1有限元分

3、析法简介285. 2有限元分析在国内汽车制动器方面的应用285. 3鼓式制动器的三维模型2810. 4运用有限元软件分析鼓式制动器296结论32参考文献33致谢34摘要轿车鼓式制动器设计与分析摘要制动系统在汽车各个系统中扮演者重要的角色，如果该系统出现问题就会产生严重的后果。制动器是制动系统的主要部件，如今汽车上主要使用的制动器是鼓式制动器和盘式制动器。本论文研究的就是鼓式制动器。本论文主要介绍了鼓式制动器的设计与分析。首先介绍了汽车制动系统的历史与现状，接着介绍了鼓式制动器的优缺点，再对鼓式制动器的结构类型进行选择。除此之外，根据整车参数对鼓式制动器的同步附着系数、最大制动力矩等进行设计计算

4、，并对鼓式制动器进行校核。接着，完成对鼓式制动器进行三维建模分析完成零件图和装配图。最后，用有限元软件分析鼓式制动器。关键词：鼓式制动器；有限元分析；制动器设计；制动力矩；三维建模AbstractDesignandana1ysisofcardrumbrakeAbstractThebrakingsystemp1aysanimportantro1einthevarioussystemsofthevehic1e,andifthesystemhasaprob1em,itwi11haveseriousconsequences.Brakeisthemainpartofthebrakingsystem.No

5、wadaysthemainbrakeusedinautomobi1eisdrumbrakeanddiscbrake.Thispaperresearchesthedrumbrake.Thispapermain1yintroducesthedesignandana1ysisofdrumbrake.First1y,thehistoryandcurrentsituationofbrakingsystemisintroduced.Then,theadvantagesanddisadvantagesofdrumbrakeareintroduced,Thenwechoosethestructuretypeo

6、fdrumbrake.Besides,Accordingtotheparametersofthevehic1e,thedesignandca1cu1ationofthedrumbrakesynchronousadhesioncoefficient,themaximumbrakingtorqueandsoon,andchecktheDrumbrake.Then,comp1etethethree-dimensiona1mode1ingandana1ysisofdrumbrake.Fina11y,thedrumbrakeisana1yzedbyfinitee1ementsoftware.Keywor

7、ds：drumbrake;Finitee1ementana1ysis;brakedesign;brakingtorque;3Dmode1ing1绪论1I制动系统发展历史汽车刚出现的时候，它的质量都比较小，速度也都比较低，驾驶它的人员只要控制一组简单的机械装置就能够使车辆安全的制动。但随着生产技术的飞速发展，汽车变得越来越重，速度也变的越来越快，简单的机械制动已经不能满足汽车制动的要求。因此，助力装置就显得格外的重要。这时，真空助力装置开始出现了。1932年生产的凯迪拉克V16,其质量为2860kg,它的四个轮子采用的鼓式制动器的直径为419.1mm,并配备有真空助力装置。山在机械制动之后又有了

8、一个重大的突破那就是液压制动。汽车液压制动器率先被DUeSenbergEight所使用。在1924年克莱斯勒的四轮液压制动器诞生。通用在1934年采用了液压制动，在五年后福特也同样采用这项新技术。虽然有了液压制动这项技术，但是过了10来年才实现了液压助力制动器。到了20世纪80年代后期，防抱死系统和最初的机械制动相比，在汽车领域已经成了最瞩目的成果。防抱死制动系统是结合了机械、电子两个领域高端技术的产品。它的安装极大的保证了驾乘人员的安全，提高了汽车的操控性能，使得汽车在制动时车轮与地面的附着力在最大值。防抱死装置由三个部分组成。传感器接收汽车行驶时的各种运动参数，再传送给控制器，接着由控制器

9、进行计算并且将计算得到的结果与规定好的数据进行比较，最后，指令通过压力调节器发出。1936年，博世公司发明了一个新装置并且申请了专利，该专利是一个电液控制的ABS装置。博世公司的这一举动使得更多的汽车装配了防抱死系统。克莱斯勒车在1971年也采用了ABS装置，它不同于博世公司的专利，该ABS装置是由四轮电子控制的。这些早期的装置不能满足各种要求一方面成本高，另一方面性能也很有限。1979年，默本茨推出了一种ABS装置，这种装置是新型的，数字化控制的制动装So该装置拥有了独立的液压助力器，因此性能和早期的那些ABS制动装置比起来有了大幅度的提高。又过了6年，美国开发出了一种“一体化”的ABS防抱

10、死装置。公司和研究人员投入了大量的精力财力研究开发，使得ABS成为了一项有广泛应用前景的成熟产品。电子信息处理技术的高速发展也使得ABS的性能更加可靠，大幅度的提升了汽车的安全性，驾乘人员的安全也得到了极大的保护。到了1992年，全球生产的汽车中有20%装上了，并且ABS装置的全球年产量超过1000万台。为了保证驾乘人员的安全，在一些国家和地区将ABS列为汽车的标准设备。1.2 制动系统的现状传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位，即便安装了防抱死装置后，因为要考虑基本的制动功能量，所以还是无法和“油液制动系统”相比。然而对于制动功能量而言，最方便、最经济的方法还是液压操控。传统的制动系统的特

11、点是均匀分配油液压力，当制动踏板被驾驶人员踩下时，油液就被主缸输送到各个管路中并且输送的油液是等量的，为了达到前后油液压力的平衡就用比例阀来调节控制。而ABS防抱死装置在这方面就和传统的制动系统完全不同，它特点是根据每个制动器的需求来调节油液压力使之平衡的。目前，ABS装置已经发展成为热门的产品，被广泛认可并运用在各种汽车上。鼓式制动结构是早期设计的制动系统，一直以来，专家和研究人员们都在研究探索，改进技术。为的是更好的发挥鼓式制动器的优势，克服它的缺点，其中一些研究更是受到了高度的重视。这些研究工作的重点是探讨是何因素对制动效能和稳定性等性能起决定性的作用。研究取得了很多重要的成果，很多改进

12、措施被专家们采用来提升制动器的各项性能。尽管近几年的研究探索让鼓式制动器在设计改进方面取得了一定的成果，但传统的鼓式制动器在设计中仍然起着重要的作用。没有传统的鼓式制动器作为依据，很难在接下来的设计进一步研究开发。1.3 鼓式制动器优缺点1.3.1 优点鼓式制动器不仅造价便宜，而且是早期设计的制动系统，在设计方面能满足传统的制动器的设计要求。后轮对于汽车的制动而言，只起辅助制动的作用，这是因为在制动时汽车因为惯性的作用，大部分的负荷都由汽车的前轮承受了，后轮只受到了汽车全部负荷的20%-30%o汽车生产厂家们就抓住了汽车的这个特点，为了节省成本，采用前后轮使用不同的制动器，前轮用盘式，后轮使用

13、鼓式的。不过对于车速不是很高的重型车来说，如今还是使用四轮鼓式制动的设计，因为从耐用的程度考虑，鼓式制动器的制动蹄的比盘式制动器更耐用。1.3.2 缺点鼓式制动器缺点是在制动过程中会产生大量的热，散热性不好不能及时消散，进而被制动器吸收，温度快速上升，形成一个高温环境。在这样的环境下，制动鼓和制动蹄会发生复杂的形变，导致制动衰退和振抖，最终，降低其制动效率。另一方面，鼓式制动器的制动稳定性不好，不方便控制，在不同的路面下制动产生的制动力波动范围大。还有就是制动器间隙容易囤积刹车粉，需要定期清理。制动器的间隙也要经常注意，多检查是否准确，最好能够定期对其进行调整。1.4 主要内容和研究意义本文主

14、要的探求内容是依照设计车型的特点，对鼓式制动器的结构形式进行选择，接着根据整车参数计算出一系列数据，如制动器的最大制动力矩；制动器的摩擦面积；单个蹄表面最大压力等。然后对磨损性能、温升等进行校核，保证符合设计要求。再在CATIA中画出鼓式制动器的零件图并且进行装配，然后导入ANSYS中进行分析得出结论。本次设计的目标是经过阅读大量文献，掌握鼓式制动器设计的基本步骤和要求，掌握鼓式制动鼓器的相关设计方法，以及传统的机械制图的步骤和规则。并且按照已有的参数进行设计计算，进一步扎实基础，稳固汽车设计的基本知识。学会运用CATIA.AUTOCAD等软件进行基本的三维或者二维建模和制图，同时也学会了如何

15、运用ANSYS分析软件，提高了分析问题和解决问题的能力。2鼓式制动器设计与计算2.1 鼓式制动器的选择2.1.1 鼓式制动器的分类鼓式制动器可分为两种一种是液压鼓式，另一种是气压鼓式。而常用的液压鼓式制动器主要有以下三种欣：1）领从蹄鼓式制动器。2）双领蹄鼓式制动器。3）自增力式鼓式制动器，该形式的鼓式制动器和双领蹄鼓式制动器一样，分为两种：1）单向；2）双向。领从蹄鼓式制动器的制动效能和稳定性都一般，不好也不差，适合本次设计的经济型小轿车，而且领从蹄鼓式制动器不管是顺车时还是倒车时，制动性能一样，不会改变。最重要的是该鼓式制动器的结构简单，造价便宜，容易完成行车制动和驻车制动的一体化。单向双领蹄鼓式制动器由于其顺车制动效能很高，倒车制动效能很低，导致了它一般只用于轻型车的前轮上。而双向双领蹄鼓式制动器的制动性能和领从蹄鼓式制动器基本一样，差别就在于使用的车型不同，载重在两吨以上的轻型车一般都用这种形式的鼓式制动器。另外，当双向双领蹄鼓式制动器作为后轮制动器时就必须增加一个中央制动器。自增力式制动器很少用在行车制动中，虽然它是这几种制动器中制动效能最高的一种，但受限于稳定性差。轿车和轻型车的后轮可以使用这种形式的制动器，但是要选择合适的几何参数，以免制动器发生自锁现象。与此同时，选择的摩擦衬片