50t非公路自卸車的后橋濕式制動(dòng)器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：車輛工程系</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　中國的經(jīng)濟(jì)正在飛速的發(fā)展，在礦山運(yùn)輸行

2、業(yè)，為了提高效益、降低運(yùn)輸成本，大型的工程運(yùn)輸車輛也就相應(yīng)的應(yīng)運(yùn)而生。車輛趨于大型化，載重很大，再加上工程車的工作環(huán)境是在泥濘、油水、山道等惡劣環(huán)境下，所以傳統(tǒng)的制動(dòng)器不能再滿足要求，濕式多盤制動(dòng)器取代傳統(tǒng)制動(dòng)器勢在必行。目前國內(nèi)在濕式制動(dòng)器領(lǐng)域的研究很有限，技術(shù)還很不成熟，本文目的就是對(duì)濕式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。</p><p>　　本文的主要研究內(nèi)容是對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的合理選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體布置，然后再通過對(duì)

3、制動(dòng)力矩、摩擦片比壓、彈簧剛度的計(jì)算，對(duì)各個(gè)零件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用CAXA繪制裝配圖，最后再用CATIA對(duì)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，并將各個(gè)零件通過裝配模塊組裝在一起，形成一套完整的制動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到合理的布置與配合。</p><p>　　關(guān)鍵詞　工程車輛；濕式多盤制動(dòng)器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模</p><p><b>　　Abstract</b></p>&

4、lt;p>　　China's economy is booming, in the mine transportation industry, in order to improve the efficiency of transportation and reduce the transportation cost, large engineering transport vehicle is corresponding

5、 arises at the historic moment. Cars tend to be larger than befor, load is biger, plus truck working environment is in the mud, oil and water,and mountain passes under the bad environment, so the traditional brake can no

6、 longer meet the requirements, wet multiple disk brake replace traditional</p><p>　　The main research content of this article is on the reasonable selection of braking system , structure design and overall a

7、rrangement, and then through the calculation of braking torque, friction plate pressure, spring stiffness and then design the size of the various parts. Using CAXA draw assembly drawings, finally, using CATIA to modeling

8、 3D models foe the braking system.And through the assembly module to assembly various parts together, forming a complete set of brake system to achieve a rea</p><p>　　Keywords　 engineering vehicles; wet mult

9、iple disk brake; structure design; 3D modeling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b>

10、;</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 目的和意義1</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 制動(dòng)器的選型3</p><p>　　2.1.1 三種制動(dòng)器選型3</p&g

11、t;<p>　　2.1.2 輪轂、半軸制動(dòng)器的選型6</p><p>　　2.1.3 三種功能的制動(dòng)器選型7</p><p>　　2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算9</p><p>　　2.2.1制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算9</p><p>　　2.2.2 輪邊減速器的計(jì)算15</p><p>　　2.2.3 摩

12、擦片參數(shù)的計(jì)算19</p><p>　　2.2.4 行車活塞的設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.2.5 行車制動(dòng)彈簧的設(shè)計(jì)23</p><p>　　2.2.6 駐車制動(dòng)彈簧的設(shè)計(jì)25</p><p>　　第3章 制動(dòng)系統(tǒng)的三維建模29</p><p>　　3.1 輪邊減速器的建模29</p>

13、<p>　　3.1.1 半軸的建模29</p><p>　　3.1.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模30</p><p>　　3.1.3 輪邊減速器端蓋的建模34</p><p>　　3.1.4 輪轂的建模35</p><p>　　3.2 濕式多盤制動(dòng)器的建模36</p><p>　　3.2.1 半軸套的建模

14、36</p><p>　　3.2.2圓錐滾子軸承的建模36</p><p>　　3.2.3 制動(dòng)器左端蓋的建模37</p><p>　　3.2.3 駐車彈簧的建模37</p><p>　　3.2.4 駐車活塞的建模38</p><p>　　3.2.5 摩擦片的建模39</p><p>

15、;　　3.2.6 制動(dòng)器外殼的建模40</p><p>　　3.2.7 行車活塞的建模40</p><p>　　3.2.8 回位彈簧導(dǎo)桿的建模41</p><p>　　3.2.9 制動(dòng)器右端蓋的建模41</p><p>　　3.2.10 制動(dòng)器的總裝圖43</p><p>　　3.3 制動(dòng)系統(tǒng)的總裝配43&

16、lt;/p><p><b>　　結(jié)論44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝47</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>

17、　　1.1 課題背景</b></p><p>　　中國的經(jīng)濟(jì)正在飛速的發(fā)展，在礦山運(yùn)輸行業(yè)，為了提高效益、降低運(yùn)輸成本，大型的工程運(yùn)輸車輛也就相應(yīng)的應(yīng)運(yùn)而生。車輛趨于大型化，載重很大，再加上工程車的工作環(huán)境是在泥濘、油水、山道等惡劣環(huán)境下，以往車輛上廣泛采用的鼓式制動(dòng)器存在磨損嚴(yán)重，需要經(jīng)常調(diào)整間隙;易產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，從而影響制動(dòng)性能的穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，其已不能完全滿足對(duì)車輛制動(dòng)性能的要求，所以逐漸采用了

18、制動(dòng)性能較好的干盤式制動(dòng)器。干盤式制動(dòng)器雖具有制動(dòng)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(diǎn)，但其只具有1個(gè)盤，摩擦面積小，單位壓力高，散熱條件差，因此，隨著對(duì)制動(dòng)性能要求十分嚴(yán)格的工程建設(shè)機(jī)械的不斷發(fā)展，干盤式制動(dòng)器逐步被制動(dòng)性能更好的濕式多盤制動(dòng)器所取代。所以傳統(tǒng)的制動(dòng)器不能再滿足要求，濕式多盤制動(dòng)器取代傳統(tǒng)制動(dòng)器勢在必行。</p><p>　　近年來，國外很重視多盤制動(dòng)器的研究，已研制出了多種

19、形式的濕式多盤制動(dòng)器，應(yīng)用越來越廣泛。國外很多工程機(jī)械公司，如瑞典的VOLVO公司和美國的CATERPILLAR、CLARK公司已在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了濕式多盤制動(dòng)器，德國KESSLER公司及美國RONKWELL公司在車橋產(chǎn)品中也采用了濕式多盤制動(dòng)器[1]。裝載機(jī)、叉車等已廣泛采用濕式多盤制動(dòng)器的車橋，而井下礦用自卸車則已全面采用濕式多盤制動(dòng)器系統(tǒng)，濕式制動(dòng)器取代傳統(tǒng)制動(dòng)器成為一種趨勢。國內(nèi)與國外裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品相比，技術(shù)還很不成熟，制動(dòng)沖

20、擊大，性能不穩(wěn)定，使用壽命短，維修困難。而同期引進(jìn)的國外濕式制動(dòng)器產(chǎn)品，均為內(nèi)置式濕式制動(dòng)器，技術(shù)水平具有明顯優(yōu)勢。</p><p><b>　　1.2 目的和意義</b></p><p>　　中國工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展很快，其中輪胎式自卸車在國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，年銷售量已突破160，000輛，其中八大主機(jī)生產(chǎn)商2008年的銷量占整個(gè)市場的80%以上。國產(chǎn)自卸車在

21、國內(nèi)市場占主體地位，從數(shù)量上看我國已是工程機(jī)械大國，但從其質(zhì)量水平和技術(shù)水平來看，國產(chǎn)自卸車與國外產(chǎn)品還存在較大的差距，同類產(chǎn)品的銷價(jià)差別很大。國內(nèi)自卸車行業(yè)的技術(shù)還處于較低的技術(shù)水平。行業(yè)要壯大和發(fā)展，必須進(jìn)一步提高自主創(chuàng)新水平，提高核心競爭力[2]。由于技術(shù)壁壘，我們無法從國外獲得相應(yīng)的技術(shù)和資料。而且，從自卸車的發(fā)展方向來看，大型機(jī)器和小型機(jī)器將是自卸車發(fā)展的趨勢，大型和小型自卸車對(duì)機(jī)器的體積和布置將更為嚴(yán)格，對(duì)制動(dòng)性能和可靠性的

22、要求也非常高，因此，對(duì)內(nèi)置式濕式制動(dòng)器在自卸車上的應(yīng)用進(jìn)行研究，進(jìn)一步提高國產(chǎn)自卸車的技術(shù)水平，縮小與國外先進(jìn)產(chǎn)品的差距，對(duì)提高國產(chǎn)重要技術(shù)裝備的技術(shù)水平具有重大的指導(dǎo)意義和實(shí)踐意義。</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容</p><p>　　50t非公路自卸車的后橋濕式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)條件；</p><p>　　根據(jù)自卸車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)器類

23、型（如輪轂制動(dòng)器與半軸制動(dòng)器或普通型濕式多盤制動(dòng)器、失壓型濕式多盤制動(dòng)器、多功能濕式多盤制動(dòng)器），對(duì)制動(dòng)器中的油路、密封以及活塞的形狀等進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　進(jìn)行濕式全盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　對(duì)制動(dòng)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算（如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的確定、襯片壓力的確定、摩擦副數(shù)量的確定、液壓系統(tǒng)制動(dòng)油壓力的確定），活塞相關(guān)參數(shù)的確定，回位彈簧剛度的確定等。</p>&

24、lt;p>　　繪制濕式全盤式制動(dòng)器的總裝配圖、零件圖。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算所得的數(shù)據(jù)利用CAXA繪制裝配圖與二維圖，最后再用CATIA對(duì)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，并將各個(gè)零件通過裝配模塊組裝在一起，形成一套完整的制動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到合理的布置與配合。</p><p>　　第2章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 制動(dòng)器的選型 </p&g

25、t;<p>　　2.1.1 三種制動(dòng)器選型</p><p><b>　?。?）鼓式制動(dòng)器 </b></p><p>　　鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示，它由制動(dòng)鼓、摩擦襯片、制動(dòng)蹄三部分組成。其中，制動(dòng)鼓與車輪相連接，隨著車輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)蹄固定在車架上，而摩擦襯片通過鉚釘與制動(dòng)蹄固定在一起或者是粘接在一起。當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，通過液壓促使制動(dòng)蹄張開，摩擦

26、襯片與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)鼓內(nèi)表面接觸摩擦以提供車輛所需制動(dòng)力矩[3]。</p><p>　　圖2-1 鼓式制動(dòng)器</p><p><b>　?。?）鉗盤式制動(dòng)器</b></p><p>　　鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示，它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底

27、板上固定不動(dòng)，制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣。</p><p>　　圖2-2 鉗盤式制動(dòng)器</p><p>　?。?）濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　　濕式多盤制動(dòng)器，又俗稱全盤式制動(dòng)器，顧名思義，它的制動(dòng)力矩是由多個(gè)制動(dòng)盤產(chǎn)生的，

28、也就是由多個(gè)摩擦副制動(dòng)產(chǎn)生力矩，每個(gè)摩擦副是由一個(gè)動(dòng)摩擦片與一個(gè)靜片組成，靜片與動(dòng)片交錯(cuò)組成多組摩擦副，靜片與制動(dòng)器殼體通過花鍵連接在一起，動(dòng)片也通過花鍵與旋轉(zhuǎn)著的輪轂連接在一起，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，使活塞內(nèi)有油液壓力，壓緊靜片與動(dòng)片，從而通過摩擦使動(dòng)片與輪轂停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而且采用的是全封閉式的結(jié)構(gòu)，制動(dòng)器里面充滿了冷卻油液，用來吸收摩擦片制動(dòng)所產(chǎn)生的大量的熱量。</p><p>　　綜上所述，可以將三種制動(dòng)器的性能進(jìn)行一

29、個(gè)對(duì)比[4]，得到如表2-1所示的差別：</p><p>　　表2-1 三種制動(dòng)器的性能比較</p><p><b>　　續(xù)表2-1 </b></p><p>　　由于礦用自卸車這種工程車輛是在潮濕，油污，泥濘的環(huán)境下工作的，而且噸位大，所需制動(dòng)力矩很大，而且需要經(jīng)常制動(dòng)，也就是需要摩擦片的 壽命較長，所以傳統(tǒng)的干式制動(dòng)器（即鼓式與鉗盤式

30、）不再滿足要求。由于濕式多盤制動(dòng)器采用油冷方式，因此在熱穩(wěn)定性和制動(dòng)容量等方面都有較大的優(yōu)勢[5]。濕式多盤制動(dòng)器具有較長的使用壽命, 工作性能平穩(wěn)；而且密閉的結(jié)構(gòu)可以免除外界灰塵、水分等干擾；此外濕式多盤制動(dòng)器隨液壓推動(dòng)力均勻，其液壓系統(tǒng)線性度較高，工作迅速、平穩(wěn)，因此本文為礦自卸車選用濕式多盤制動(dòng)器。</p><p>　　2.1.2 輪轂、半軸制動(dòng)器的選型</p><p><b&

31、gt;　　(1)半軸制動(dòng)器</b></p><p>　　半軸制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示，可想而知此制動(dòng)器是通過制動(dòng)半軸來使汽車停止的。動(dòng)摩擦片通過花鍵連在摩擦片支承上，摩擦片支承與半軸連接，因此動(dòng)摩擦片隨半軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。靜摩擦片與制動(dòng)器殼連接在一起，固定不回轉(zhuǎn)。當(dāng)油液壓力推動(dòng)活塞（序號(hào)3）并壓緊動(dòng)、靜摩擦片，此時(shí)摩擦副結(jié)合而產(chǎn)生了制動(dòng)力矩。制動(dòng)系統(tǒng)泄壓后，活塞在回位彈簧的作用下迅速回位，減少了摩擦片的

32、磨損以及熱量的產(chǎn)生。由于制動(dòng)器布置在驅(qū)動(dòng)橋的兩側(cè)末端,維修保養(yǎng)制動(dòng)器時(shí)不需要拆輪輞輪胎,只需打開制動(dòng)器端蓋即可,維修保養(yǎng)方便。但是此制動(dòng)器是裝在半軸上，所以制動(dòng)器的尺寸會(huì)受到限制，因此制動(dòng)力矩不如輪轂制動(dòng)器大，適合中小型的工程車輛。</p><p>　　圖2-3 半軸制動(dòng)器</p><p><b>　?。?）輪轂制動(dòng)器</b></p><p>

33、　　輪轂制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示，此制動(dòng)器是通過制動(dòng)輪轂是汽車停止的。動(dòng)摩擦片通過花鍵與輪轂（序號(hào)2）相連，隨輪胎一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靜摩擦片連接在制動(dòng)器殼上固定不動(dòng)。此制動(dòng)器同樣通過液壓推動(dòng)活塞使摩擦副結(jié)合，通過回位彈簧使它們分離。此制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力矩大，但是拆裝比較復(fù)雜，適合大型機(jī)器。</p><p>　　圖2-4 輪轂制動(dòng)器</p><p>　　所以，綜上所述，由于本型號(hào)的礦用自卸車是

34、50t重的，所以選用輪轂制動(dòng)器會(huì)比較安全可靠。</p><p>　　2.1.3 三種功能的制動(dòng)器選型</p><p>　?。?）普通型濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　　普通型濕式多盤制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-5所示，制動(dòng)時(shí)，油液壓力推動(dòng)活塞（序號(hào)2），壓緊摩擦片，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。卸壓后通過回位彈簧（序號(hào)1）將活塞推回初始位置，從而解除制動(dòng)。該方案一般安裝在輪端實(shí)現(xiàn)行車

35、制動(dòng)，但是如果液壓管路發(fā)生故障，則無法壓緊摩擦片，無法制動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以通常需要配備第二制動(dòng)裝置,用以保證安全并可以作為駐車制動(dòng)。</p><p>　　圖2-5 普通型濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　?。?）失壓型濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　　失壓型濕式多盤制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-6所示，它的制動(dòng)力矩是由彈簧組（序號(hào)4）產(chǎn)生的，當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到預(yù)定值

36、時(shí)，推動(dòng)活塞壓縮彈簧右移，使得摩擦片分離，制動(dòng)解除，使汽車能夠正常行駛。所以，它是一種安全型的制動(dòng)器，就算液壓系統(tǒng)失效也能保持制動(dòng)，它既具有普通型濕式多盤制動(dòng)器的特點(diǎn),還使液壓系統(tǒng)得以簡化,省去第二制動(dòng)系統(tǒng)。這種制動(dòng)器常用于需要長時(shí)間保持制動(dòng)或特別需要注重安全、防止失控的情形。但是這種制動(dòng)器的彈簧組由于經(jīng)常處于交替壓縮的狀態(tài)，所以使得整個(gè)制動(dòng)器的壽命有限。</p><p>　　圖2-6 失壓型濕式多盤制動(dòng)器<

37、;/p><p>　?。?）多功能濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　　多功能濕式多盤制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-7所示，這種制動(dòng)器有兩組制動(dòng)活塞，兩組制動(dòng)方式，分別是行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)，采用兩條不同油壓的油路控制，它們相互獨(dú)立。停車時(shí)，系統(tǒng)沒有壓力，行車活塞1不作用，駐車活塞3由于駐車彈簧的壓緊力而使摩擦片壓緊，從而實(shí)現(xiàn)駐車。啟動(dòng)時(shí)，駐車活塞腔內(nèi)油壓升高，壓縮駐車彈簧，使駐車制動(dòng)解除[6]。行車制動(dòng)

38、時(shí)，行車活塞1腔內(nèi)產(chǎn)生制動(dòng)壓力，從而時(shí)摩擦片制動(dòng)。</p><p>　　這種制動(dòng)器結(jié)合了前兩種制動(dòng)器的特點(diǎn)，也就是比較安全，而且由于駐車彈簧的載荷不需要經(jīng)常交變，使得制動(dòng)器的壽命也較長。但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造比較困難。</p><p>　　圖2-7多功能濕式多盤制動(dòng)器</p><p>　　綜上所述，由于本車是50t的礦用自卸車，需要經(jīng)常制動(dòng)，而且經(jīng)常行駛在山路上，所以

39、需要保證制動(dòng)器有足夠的安全性，考慮到這些，所以選用多功能型的制動(dòng)器比較合適。</p><p>　　最后，確定制動(dòng)器的形式是多功能型濕式多盤輪轂制動(dòng)器。</p><p>　　2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.2.1制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)之前制動(dòng)器的選型，最終確定了制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖如圖2-8所示，由該結(jié)構(gòu)可以看出

40、，靜摩擦片是固定在靜殼上的，而靜殼是與端蓋與軸套連在一起的，所以是固定不動(dòng)的。動(dòng)摩擦片與輪轂相連，隨輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)。摩擦片的尺寸受到輪轂大小的制約。</p><p>　　在計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)時(shí)，要參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21152-2007《土方機(jī)械輪胎式機(jī)器制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求和試驗(yàn)方法》中的要求，由于本方案的自卸車是50t重，所以按標(biāo)準(zhǔn)中的要求應(yīng)滿足如下：</p><p>　　自卸車的試驗(yàn)質(zhì)

41、量應(yīng)在制造商規(guī)定的范圍內(nèi)，并包含有效載荷，要符合制造商對(duì)總質(zhì)量（機(jī)器質(zhì)量與有效載荷之和）和軸荷分配的規(guī)定。</p><p>　　自卸車的停車制動(dòng)系統(tǒng)在切斷動(dòng)力時(shí)，應(yīng)能使機(jī)器在15%的坡道上保持停車不動(dòng)。</p><p>　　對(duì)于機(jī)器質(zhì)量超過32t的，行車制動(dòng)距離應(yīng)滿足下式：</p><p>　　式中 s——允許的最大行車制動(dòng)距離（m）；</p><

42、;p>　　v——制動(dòng)初始速度（km/h）。行車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)以（50±3）km/h的速度進(jìn)行制動(dòng)，如低于此值，則以其最大速度進(jìn)行試驗(yàn)；</p><p>　　a——是以百分?jǐn)?shù)表示的坡度，試驗(yàn)道路的縱向向下坡度為（9±1）%</p><p>　　圖2-8 本方案濕式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.1.1 平路上的制動(dòng)</p>

43、;<p>　　本方案選用的是天業(yè)通聯(lián)公司生產(chǎn)的TTM50B型號(hào)的50t非公路礦用自卸車，它系統(tǒng)參數(shù)如表2-2所示：</p><p><b>　　表2-2 系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，自卸車在坡度為10%路面上行駛，其行車制動(dòng)總的制動(dòng)力矩為[7] [8] [9]：</p><p><b>　　式(2

44、-1)</b></p><p>　　式中 MB1——試驗(yàn)道路上總的制動(dòng)力矩（N.m）；</p><p>　　δ——回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，</p><p><b>　　此處δ取1.1；</b></p><p>　　G——整機(jī)工作質(zhì)量（kg），對(duì)于本機(jī)其最大整機(jī)質(zhì)量如上表2-2中所示為82000kg；</p&g

45、t;<p>　　a——要求的最小制動(dòng)減速度（m/s2）；</p><p>　　rk——車輪滾動(dòng)半徑（m），本方案中選用的輪胎型號(hào)是21.00-35，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2980-2009《工程機(jī)械輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》中的規(guī)定，本方案的輪胎中21.00代表輪胎的胎寬，單位是inch，35代表輪輞直徑為35英寸，36層代表著輪胎的負(fù)荷層級(jí)，E4代表輪胎的胎面花紋為加深塊狀,最終查得輪胎的半徑r

46、k=1050mm。</p><p><b>　　計(jì)算得</b></p><p>　　而 </p><p>　　式中 t1——制動(dòng)系統(tǒng)的子厚時(shí)間（s），對(duì)于全液壓系統(tǒng)，取0.2s。</p><p>　　所以由上式得 a=502/25.92*(52.4-50*0.2/3.6)≈1.944m/s2<

47、;/p><p>　　由式2-1得 MB1=1.1*82000*1.944*1.05=368232.5N.m</p><p>　　將此制動(dòng)力矩?fù)Q算到平路上可得制動(dòng)減速度a＇=a+g*sin(arctan10%)</p><p>　　=1.944+0.975=2.919m/s2</p><p>　　所以再由式2-1可得MB2≈552917N.m

48、</p><p>　　2.2.1.2 坡道上的制動(dòng)</p><p>　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21152-2007，制動(dòng)器應(yīng)能使機(jī)器能在坡度為15%的坡道上保持停車不動(dòng)。此時(shí)的制動(dòng)力矩為：</p><p><b>　　式（2-2）</b></p><p>　　式中 g——重力加速度，取g=9.8m/s2；</p>

49、;<p>　　所以，由式2-2計(jì)算可得MP1=82000×9.8×sin(arctan15%)×1.05=249437N.m</p><p>　　則行車制動(dòng)系統(tǒng)所需的力矩MB＇=max[MB2，MP1]=552917N.m</p><p>　　2.2.1.3 地面所能提供的制動(dòng)</p><p>　　車輛制動(dòng)時(shí)應(yīng)該滿足地面附

50、著條件，一旦制動(dòng)器的制動(dòng)力矩超過了地面所能提供的附著力，就會(huì)出現(xiàn)打滑，此時(shí)輪胎在制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的作用下與地面發(fā)生滑動(dòng)摩擦，地面提供給車輛的制動(dòng)力為滑動(dòng)摩擦力，此時(shí)制動(dòng)器的制動(dòng)力失效，地面所能提供的附著力為：</p><p>　　MBu=δ*G*g*u*rk 式（2-3

51、）</p><p>　　式中 u——輪胎的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，本方案取0.6。</p><p>　　計(jì)算得MBu=1.1×82000×9.8×0.6×1.05≈1113789N.m</p><p>　　由于MB＇＜MBu，所以行車制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)器所需總的制動(dòng)力矩MB= MB＇=552917N.m</p><p&g

52、t;　　對(duì)于濕式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，應(yīng)考考慮到制動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)，這樣才能保證制動(dòng)器的有效性以及行車的安全性。一般轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)β=1.2~1.4，本方案選取β=1.3，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為</p><p>　　M=MB*β=552917×1.3=478702N.m</p><p>　　2.2.1.4 制動(dòng)力的分配</p><p>　　由于本方案的自卸車所采用

53、的制動(dòng)器形式是前橋鼓式制動(dòng)器，后橋濕式多盤制動(dòng)器，所以在設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮到前、后橋的制動(dòng)力分配系數(shù)，這樣才能算出后橋濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)力矩[10]。</p><p>　　在設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，確定車輛的制動(dòng)力分配系數(shù)是一個(gè)十分重要的問題。對(duì)于礦用自卸車，由于其使用情況與一般的車輛是很不相同的，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候也必然會(huì)有所不同。礦用自卸車行駛的路面比較差，而且經(jīng)常是在山區(qū)行駛，坡道彎路較多，所以當(dāng)自卸車在重載的

54、時(shí)候下坡制動(dòng)時(shí)，一旦前輪抱死，車輛就會(huì)失去轉(zhuǎn)向能力，將十分危險(xiǎn)。與一般車輛不同的是，自卸車的車速較低，所以當(dāng)發(fā)生后軸側(cè)滑時(shí)，程度不會(huì)太大，所以后軸側(cè)滑的危險(xiǎn)不會(huì)比前軸抱死失去轉(zhuǎn)向能力還嚴(yán)重。為了提高自卸車的行駛安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求使后軸先抱死，以避免車輛失去轉(zhuǎn)向能力的危險(xiǎn)[11] [12] [13]。</p><p>　　礦用自卸車一般是沒有安裝制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的,只是安裝了減壓閥，所以自卸車的制動(dòng)力分配系數(shù)通常

55、是一個(gè)固定值，可用下面的公式來表示：</p><p>　　β=Fu1/(Fu1+Fu2) 式（2-4） </p><p>　　式中β——制動(dòng)力分配系數(shù)。</p><p>　　自卸車在制動(dòng)的時(shí)候，前輪先報(bào)死時(shí)的制動(dòng)效率：</p><p>　　Ef=b/(Lβ-φhg)

56、式（2-5）</p><p>　　后輪先報(bào)死時(shí)的制動(dòng)效率：</p><p>　　Er=a/(L(1-β)+φhg)式（2-6）</p><p>　　式中 b——整車的質(zhì)心到后軸的距離；</p><p>　　a——整車的質(zhì)心到前軸的距離；</p><p><b>　　L——整車的軸距；</b>&l

57、t;/p><p><b>　　φ——附著系數(shù)；</b></p><p><b>　　hg——質(zhì)心高度；</b></p><p>　　在式（2-5）與式（2-6）的兩邊同時(shí)乘以φg，可得前輪先抱死的制動(dòng)減速度為：</p><p>　　af= bφg/(Lβ-φhg) 式（2

58、-7）</p><p>　　后輪先抱死的制動(dòng)減速度為：</p><p>　　ar=aφg/(L(1-β)+φhg) 式（2-8）</p><p>　　再根據(jù)2.2.1.1中所求的平路上制動(dòng)的減速度可知，若要后輪先抱死只需ar≥a，可得：</p><p><b>　　式（2-9）</b></

59、p><p>　　又有聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)所制定的制動(dòng)法規(guī)ECE R13，即貨車在地面附著系數(shù)為0.2~0.8的路面上行駛時(shí)，其制動(dòng)強(qiáng)度為：</p><p>　　Z≥0.1+0.85(φ-0.2) 式（2-10）</p><p>　　若要后輪先抱死，只需Z≥a，可得：</p><p><b>　　式（2-11）

60、</b></p><p>　　由于自卸車在空載和滿載的時(shí)候有很大的差別，所以將車輛空載和滿載時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)代入式（2-9）與式（2-11）可得：</p><p>　　滿載時(shí)，β1≥0.165，β2≥0.346</p><p>　　空載時(shí)，β1≥0.383，β2≥0.521</p><p>　　綜合考慮，最終確定本方案的制動(dòng)力分配系數(shù)

61、為β=0.4，至于空載時(shí)不滿足后輪先抱死的情況時(shí)，可用減壓閥來避免前輪先抱死。</p><p>　　2.2.2 輪邊減速器的計(jì)算</p><p>　　2.2.2.1 半軸的計(jì)算</p><p>　　上面確定了制動(dòng)力分配系數(shù)，接下來就應(yīng)該計(jì)算摩擦片的參數(shù)了，但是摩擦片的外徑和內(nèi)徑又受到輪轂尺寸的制約，所以必須先算出輪轂的尺寸，要想得出輪轂的尺寸，就要從輪邊減速器算起，

62、所以得先從輪邊減速器中的半軸算起。</p><p>　　在工程車輛中，半軸是一個(gè)十分重要的零件，他傳遞著驅(qū)動(dòng)橋與輪轂之間很大的扭矩，所以對(duì)半軸的強(qiáng)度計(jì)算很重要。計(jì)算之前，首先對(duì)半軸的材料進(jìn)行選取，本方案選用材料為40Cr[14]。其材料性能見下表（2-3）：</p><p>　　表2-3 軸常用幾種材料的[τT]</p><p>　　由于本方案的半軸是屬于全浮式的半

63、軸，所以不受彎矩作用，只受扭矩，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)，可以先考慮用空心的管材，但是經(jīng)計(jì)算空心的管材最后會(huì)導(dǎo)致半軸尺寸太大，所以不合適，最終確定用實(shí)心的管材。由材料力學(xué)可知，受扭轉(zhuǎn)作用的桿件的強(qiáng)度條件為：</p><p><b>　　式（2-12）</b></p><p>　　式中 τ——半軸所受到的最大的剪切力（MPa）；</p><p>　　Mx——

64、半軸所受的扭矩（N.mm）；</p><p>　　Wp——半軸的抗扭截面系數(shù)；</p><p>　　[τT]——材料的許用切應(yīng)力（MPa），本方案的半軸經(jīng)過表面噴丸處理后許用切應(yīng)力可以得到提高，本方案最終選取的許用切應(yīng)力為70MPa。</p><p>　　又有Mx=Tmax*η*ig*i0 *k

65、 式(2-13）</p><p>　　式中 Tmax——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩（N.m），由表（2-2）可得為2440N.m；</p><p>　　η——傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞效率，本方案為0.95；</p><p>　　ig——變速箱的減速比，此處取一檔的減速比（雖然倒擋的減速比最大，但是倒擋速度不高，不會(huì)達(dá)到最大扭矩的

66、，所以不取倒擋的減速比），由表（2-2）中的參數(shù)可得，一檔減速比為4.00。</p><p>　　i0——主減速器的減速比，由表（2-2）中的參數(shù)可得，主減速器的減速比為3.385。</p><p>　　k——差速器的鎖止系數(shù)，本方案取0.6。</p><p>　　最后可算得Mx=2440×0.95×4×3.385×0.6=2

67、4245400N.mm</p><p>　　而實(shí)心桿件的截面系數(shù)Wp=πd3/16，式中的d為半軸的直徑（mm），將此式代入式（2-12）可得</p><p>　　d3≥Mx/0.196[τT] 式(2-14）</p><p>　　最后可取得d=120mm。</p><p>　　2.2.2.2 行星齒輪

68、機(jī)構(gòu)的計(jì)算</p><p>　　由于自卸車的扭矩大、車速低，所以一般都裝有輪邊減速器，輪邊減速器中的行星齒輪機(jī)構(gòu)主要是由太陽輪、行星輪、齒圈和行星輪架組成，本方案采用的是太陽輪為主動(dòng)件，與半軸通過花鍵連接在一起行星輪為從動(dòng)件；齒圈固定在半軸套上，半軸套與橋殼連在一起；行星輪在齒圈與太陽輪之間轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩是通過半軸-太陽輪-行星輪-行星架-輪轂這條路線來傳遞的[15]，其結(jié)構(gòu)圖如圖（2-9）和（2-10）所示：<

69、;/p><p>　　圖2-9 行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖 圖2-10 行星齒輪機(jī)構(gòu)三維圖</p><p>　　由于自卸車的載重大，扭矩大，可知行星齒輪機(jī)構(gòu)的承載也很大，尤其是太陽輪，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，是最薄弱的環(huán)節(jié)。為了防止齒輪失效，應(yīng)選用承載能力較高的合金鋼，采用滲碳淬火、表面淬火和滲氮等熱處理方法，以增加表面硬度。經(jīng)綜合考慮，齒輪的選材、材料的力學(xué)性能、熱處理如下表(2-4）所

70、示:</p><p>　　表2-4 各齒輪的選用</p><p>　　本方案的行星齒輪機(jī)構(gòu)要想正常運(yùn)作必須要滿足三個(gè)條件：</p><p>　　同心條件：太陽輪與行星輪幾對(duì)嚙合齒輪之間的中心距必須要相等，可以用下面的式（2-15）來表示</p><p><b>　　式（2-15）</b></p><p

71、>　　裝配條件：太陽輪與齒圈的齒數(shù)之和要是行星輪數(shù)目的整數(shù)倍可以用下面的式（2-16）來表示</p><p><b>　　式（2-16）</b></p><p>　　運(yùn)轉(zhuǎn)條件：齒圈固定不動(dòng)，則行星齒輪機(jī)構(gòu)滿足下面的式（2-17）：</p><p><b>　　式（2-17）</b></p><p&

72、gt;　　上式中 z1——太陽輪的齒數(shù)；</p><p>　　z2——行星輪的齒數(shù)；</p><p>　　z3——齒圈的齒數(shù)；</p><p>　　i——輪邊減速器的減速比，由表（2-2）中的參數(shù)可得，輪邊減速器的減速比為5.684；</p><p>　　N——行星輪的數(shù)目。</p><p>　　根據(jù)以上的條件可以得出

73、一組滿足以上條件的齒數(shù)：z1=19，z2=35，z3=89，并且N=4，即行星輪的個(gè)數(shù)為4個(gè)。再根據(jù)齒輪的強(qiáng)度校核公式，可以算出太陽輪的分度圓直徑d1≥141mm，由于z1=19，可選模數(shù)m=8，齒輪的齒寬系數(shù)ψd=1.0，最后可得行星齒輪機(jī)構(gòu)的各參數(shù)表（2-5）所示：</p><p>　　表2-5 各齒輪的參數(shù)</p><p>　　現(xiàn)在算出了齒圈齒根圓的直徑為732，所以接下來可以一步一

74、步的定出齒圈外徑、輪轂外徑，最后確定輪轂的直徑為856mm，而輪輞的直徑為35英寸，即889mm，所以將輪轂定為856mm是合理的，如圖（2-11）所示：</p><p>　　圖2-11 輪轂尺寸的確定</p><p>　　2.2.3 摩擦片參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　在大型礦用自卸車的濕式制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)性能在很大程度上取決于摩擦材料的性能與種類。濕式制動(dòng)器的

75、摩擦材料一般有2種，一種是銅基摩擦片，另一種是紙基摩擦片。紙基摩擦片相比于銅基摩擦片的性能，具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、抗沖擊與過載能力強(qiáng)、能量吸收能力良好、磨損低等特點(diǎn)，所以本方案的摩擦片采用的是紙基摩擦片[16] [17] [18] [19] [20] [21]。某一型號(hào)濕式紙基摩擦材料的性能參數(shù)如表（2-6）所示：</p><p>　　表2-6 濕式紙基摩擦材料的性能參數(shù)表</p><p>　

76、　2.2.3.1 摩擦片的軸向壓緊力</p><p>　　由上節(jié)確定了輪轂的直徑后，就可以確定制動(dòng)器外殼的尺寸，因而就可以確定摩擦片的外徑，按照摩擦片的規(guī)格，本方案的摩擦片的外徑ro=375mm。摩擦片有一個(gè)無因次結(jié)構(gòu)參數(shù)C=ri/ro，它的值越小，則摩擦片的摩擦面積越大，能提供的摩擦轉(zhuǎn)矩也就越大，但是同時(shí)發(fā)生翹曲的幾率也會(huì)變大；它的值越大，摩擦面積也就越小，摩擦力矩也就越小。因此，C值的選擇十分重要[22]。一

77、般，非金屬濕式摩擦片的C=0.678~0.795，本方案選用的C=0.7，所以內(nèi)徑ri=C×ro=0.7×375≈262mm。濕式制動(dòng)器采用油冷方式，所以摩擦片必須在表面開槽以通油和散熱，本方案的紙基濕式摩擦片的油槽采用平行網(wǎng)格式，摩擦片的結(jié)構(gòu)如圖（2-12）所示：</p><p>　　對(duì)于非金屬摩擦片，它的軸向壓緊力為[23[24]：</p><p><b>

78、;　　式（2-18）</b></p><p>　　式中 F——軸向壓緊力（N）；</p><p>　　p0——摩擦片的比壓，即最大許用壓力（Pa）,一般紙基摩擦片的p0=1.5~2.5MPa，本方案p0取1.5MPa；</p><p>　　KA——油槽的有效面積系數(shù)，取0.7；</p><p>　　最后算得F=23441.7N&l

79、t;/p><p>　　圖2-12 摩擦片結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.2.3.2 摩擦副數(shù)量的確定</p><p>　　制動(dòng)器提供的制動(dòng)力矩M1應(yīng)該滿足如下關(guān)系：</p><p><b>　　式（2-19）</b></p><p>　　式中 M1——一個(gè)濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)力矩（N.m）；<

80、;/p><p>　　μ——摩擦片的動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.12；</p><p>　　Z——摩擦副的個(gè)數(shù)；</p><p>　　RC——摩擦片的當(dāng)量摩擦半徑；對(duì)于紙基摩擦片其值為</p><p>　　K1——由花鍵連接引起的力矩傳遞系數(shù)，暫取0.95；</p><p>　　Mβ——乘以制動(dòng)力分配系數(shù)后，為后橋的制動(dòng)力矩，除以2之

81、后為后橋中一個(gè)濕式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。</p><p>　　可得摩擦副的個(gè)數(shù)為：</p><p><b>　　式（2-20）</b></p><p>　　最后算得Z≥24.75，取Z=25，即摩擦副共有25個(gè)，由13個(gè)動(dòng)片和13個(gè)靜片組成。</p><p>　　2.2.4 行車活塞的設(shè)計(jì)</p><p&

82、gt;　　2.2.4.1 行車活塞的尺寸計(jì)算</p><p>　　本方案的行車活塞的結(jié)構(gòu)圖如圖（2-13）所示：</p><p>　　圖2-13 行車活塞的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　從圖中可以看出，活塞和壓盤是一體化了，這樣有利于減小制動(dòng)時(shí)的沖擊和震動(dòng)。左端的壓盤壓在摩擦片上以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，壓盤的環(huán)面不應(yīng)超出摩擦片的有效工作環(huán)面?；钊叶嗽谝簤呵粌?nèi)，由于右端的活塞必須

83、選配密封圈來進(jìn)行密封，所以活塞右端的尺寸是按照密封圈的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)來選定的，這樣才能保證合理的裝配。</p><p>　　本方案選擇活塞腔內(nèi)的外徑為D0=710mm，內(nèi)徑為Di=650mm，這樣活塞的受力環(huán)的寬度為（710-650）/2=30mm，經(jīng)計(jì)算可以得到活塞的有效工作面積為：</p><p>　　A=π/4(D02-Di2)=0.06409m2</p><p>

84、　　為了提供有效的制動(dòng)力矩，則行車液壓系統(tǒng)所提供的液壓PL應(yīng)滿足下面式子：</p><p>　　PL*A-FS=F 式（2-21）</p><p>　　式中 FS——行車回位彈簧的回位力，這里設(shè)定回位力為</p><p>　　FS=0.1F=23744.2N</p><p>　　最后計(jì)算得PL=4.075M

85、Pa。</p><p>　　2.2.4.2 行車活塞的密封</p><p>　　制動(dòng)活塞的密封件一旦失效，制動(dòng)系統(tǒng)液壓腔內(nèi)的制動(dòng)液就會(huì)通過失效的密封件竄入制動(dòng)器殼內(nèi)，與摩擦片的冷卻油液混合在一起，使得冷卻油被稀釋，制動(dòng)性能和散熱性都會(huì)下降。同時(shí)，由于制動(dòng)液的泄漏使得制動(dòng)壓力不能得以建立，最后導(dǎo)致制動(dòng)失效，從而可能產(chǎn)生重大的安全事故。所以活塞的密封是至關(guān)重要的。</p><

86、;p>　　從圖（2-13）可以看出，活塞上有兩道環(huán)，其中，左邊的一道環(huán)是起支承作用的，右邊的一道環(huán)是起密封作用的。如若沒有左邊的支承環(huán)而只有一道密封環(huán)的話，密封環(huán)會(huì)由于長期的承受活塞的自重往復(fù)運(yùn)動(dòng)而很快磨損失效，所以增設(shè)一道支承環(huán)對(duì)于增加產(chǎn)品的壽命很有必要。</p><p>　　2.2.4.3行車活塞壓盤的設(shè)計(jì)</p><p>　　只要摩擦片工作，就會(huì)因摩擦而產(chǎn)生磨損，而材料的磨損量

87、是與兩個(gè)物體之間相對(duì)滑動(dòng)的位移成正比，與兩物體的摩擦面的法向載荷成正比的。用公式表達(dá)則為：</p><p><b>　　式（2-22）</b></p><p>　　式中 V——表示磨損量；</p><p>　　s——表示相對(duì)滑動(dòng)位移；</p><p>　　W——摩擦面的法向載荷；</p><p>

88、　　k——其他常量系數(shù)。</p><p>　　由于相互摩擦的兩個(gè)物體的角速度相同，所以有</p><p><b>　　式（2-23）</b></p><p>　　式中 rs——該微元處的半徑；</p><p><b>　　ω——角速度；</b></p><p>　　將式（2-

89、23）代入式（2-22）中可得</p><p><b>　　式（2-24）</b></p><p>　　式中 dV/dt是磨損速率，如果讓角速度和法向載荷都一定，則可推出：</p><p><b>　　式（2-25）</b></p><p>　　式（2-24）中k1為綜合后的系數(shù)，從式中可以看出磨損

90、速率是與摩擦盤的半徑成真正比例關(guān)系，也就是說半徑越大的地方磨損越快，半徑越小磨損越慢。工作一段時(shí)間后，必然會(huì)造成半徑大的地方薄，摩擦片成錐形，這樣容易失效，壽命變短[25][26]。所以，要從設(shè)計(jì)上避免局部磨損過快的現(xiàn)象。從式（2-24）中可以看出，只要控制W·rs為一常數(shù)即可?？芍?，我們可以從施力位置和活塞形狀兩方面控制，本方面從活塞形狀入手，如圖（2-14）將壓盤設(shè)計(jì)的有一定的傾斜度，則可控制W·rs為一常數(shù)。&

91、lt;/p><p>　　圖2-14 活塞壓盤的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.5 行車制動(dòng)彈簧的設(shè)計(jì)</p><p>　　行車彈簧的作用是在行車制動(dòng)完成以后，彈簧的回位力使得活塞回位，從而解除制動(dòng)，避免了摩擦片不必要的磨損。由于回位力FS=0.1F=23744.2N，均布到每一個(gè)彈簧的話就很小了，這樣彈簧絲的直徑就不會(huì)太粗，所以本方案的行車彈簧的材料可以選用油淬火回火

92、碳素鋼絲B類，這種彈簧絲的力學(xué)性能如下表（2-7）所示：</p><p>　　表2-7 油淬火回火碳素鋼絲的性能</p><p>　　圓柱螺旋彈簧按所受載荷的情況分為三類：</p><p>　　Ⅰ類——受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×106次以上的彈簧；</p><p>　　Ⅱ類——受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×103～1×1

93、06次范圍內(nèi)及受沖擊載荷的彈簧</p><p>　?、箢悺莒o載荷及循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×103次以下的彈簧。</p><p>　　本方案的行車彈簧應(yīng)力循環(huán)應(yīng)屬于第Ⅱ類，則查表可得彈簧的許用切應(yīng)力為τp=0.45×σb=0.45×1520=684MPa。初步設(shè)計(jì)彈簧的預(yù)緊壓縮量為10mm（即正常行駛時(shí)行車彈簧的壓縮量），制動(dòng)時(shí)的壓縮量為15mm（即產(chǎn)生回位力

94、FS的彈簧壓縮量）；周布24個(gè)彈簧；初選彈簧絲直徑d=4mm。</p><p>　　選取彈簧的旋繞比C=5，則可由下式（2-26）算出曲度系數(shù)：</p><p><b>　　式（2-26）</b></p><p>　　最后算得K=1.3105</p><p>　　再由下式可算出彈簧的直徑：</p><

95、p><b>　　式（2-27）</b></p><p>　　式中 Fmax——彈簧所受的最大載荷（N），而Fmax=Fs/24=989.3N,代入上式，可得d≥4.9mm，則可取彈簧絲的直徑為d=5mm，從而可得彈簧的中徑則為D=c*d=5×5=25mm。彈簧的有效圈數(shù)可按下式求得：</p><p><b>　　式（2-28）</b&g

96、t;</p><p>　　式中 G——材料的切變模量；</p><p>　　k——彈簧的剛度，k=Fmax/15=66N/mm；</p><p><b>　　最后可算得n=6</b></p><p>　　彈簧的外徑D1=D+d，內(nèi)徑D2=D-d，彈簧總?cè)?shù)n1=n+n2，彈簧的節(jié)距t= D2/3～D2/2，彈簧自由高度H

97、0=nP+1.5d，彈簧的壓并高度Hb=nd+(nz-0.5)d，彈簧的螺旋角α=arctan(P/πD)</p><p>　　最后可以得到行車彈簧的參數(shù)如下表（2-8）所示：</p><p>　　表2-8 行車彈簧的參數(shù)</p><p>　　2.2.6 駐車制動(dòng)彈簧的設(shè)計(jì)</p><p>　　在正常行駛時(shí)，駐車制動(dòng)系統(tǒng)的液壓腔內(nèi)充滿油液，駐

98、車活塞被油壓推著壓縮駐車彈簧，此時(shí)駐車彈簧不提供制動(dòng)力。當(dāng)車輛停止或者制動(dòng)液壓系統(tǒng)失效時(shí)，駐車彈簧就會(huì)壓緊摩擦片使汽車制動(dòng)。</p><p>　　由于駐車制動(dòng)的制動(dòng)力矩會(huì)很大，所以駐車彈簧絲的直徑也會(huì)很大，這樣的大型彈簧通常要采用熱軋彈簧鋼經(jīng)熱卷成型后，再經(jīng)淬火回火處理制成。而且駐車彈簧經(jīng)常處于交變壓縮的狀態(tài)，其所受載荷應(yīng)該是屬于第Ⅰ類——受循環(huán)載荷作用次數(shù)在1×106次以上，所以彈簧絲的力學(xué)性能應(yīng)該是

99、強(qiáng)度高，并且要有較高的疲勞強(qiáng)度。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　本方案的駐車彈簧先采用周布一圈36個(gè)的一般方式，彈簧絲的材料可初步選用油淬火回火鉻釩彈簧鋼絲（50CrVA），直徑初選8mm,這種彈簧絲的力學(xué)性能如下表（2-9）所示：</p><p>　　表2-9 油淬火回火鉻釩彈簧鋼絲的性能</p>

100、;<p>　　查表可得彈簧的許用切應(yīng)力為τp=445×1.2=534MPa（經(jīng)噴丸處理），初步設(shè)計(jì)彈簧的預(yù)緊壓縮量為25mm（即停車制動(dòng)時(shí)駐車彈簧的壓縮量），解除制動(dòng)時(shí)的壓縮量為30mm（即最大的駐車彈簧壓縮量），可知摩擦片之間的總間隙設(shè)定的為5mm。可以算出壓縮量為30mm時(shí)的壓緊力為</p><p>　　Fmax=F×30/25=284930N</p><

101、p><b>　　則一個(gè)彈簧的受力為</b></p><p>　　F1= Fmax/36=8794N</p><p>　　選取彈簧的旋繞比C=4（旋繞比越小，彈簧剛度越大，而此處駐車彈簧受力大，變形受限制，所以駐車彈簧的剛度要大，則旋繞比要?。?，可由式（2-26）算出駐車彈簧的曲度系數(shù)K=1.4，由式（2-27）可算出彈簧的直徑d≥13.8mm，而所選的材料不能制

102、造那么粗的彈簧絲，故方案一不行。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　本方案的駐車彈簧采用周布一圈25個(gè)的組合彈簧[27]，組合彈簧的合理設(shè)計(jì)要滿足以下幾點(diǎn)：</p><p>　　組合彈簧內(nèi)的各彈簧的自由高度和壓并高度都要相等；</p><p>　　為保證組合彈簧的同心關(guān)系，防止內(nèi)、外彈簧產(chǎn)

103、生歪斜，兩個(gè)彈簧的旋向應(yīng)該相反。</p><p>　　彈簧端部的支承面結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止內(nèi)、外彈簧在工作中的偏移。</p><p>　　初步設(shè)計(jì)內(nèi)、外彈簧所受的最大載荷比為5：3，設(shè)計(jì)彈簧的預(yù)緊壓縮量為22mm（即停車制動(dòng)時(shí)駐車彈簧的壓縮量），解除制動(dòng)時(shí)的壓縮量為27mm（即最大的駐車彈簧壓縮量）。外層的彈簧絲選用的是熱軋彈簧鋼，牌號(hào)還是50CrVA；內(nèi)層彈簧直徑小些，所以內(nèi)層彈簧絲選用的是油淬

104、火回火鉻硅彈簧鋼絲，內(nèi)外層的彈簧絲的力學(xué)性能如表（2-10）所示：</p><p>　　表2-10 內(nèi)外層彈簧鋼絲的性能</p><p>　　外層彈簧的單個(gè)的最大受力為：</p><p>　　同樣可得內(nèi)層彈簧的單個(gè)的最大受力為：</p><p>　　最后可由上節(jié)公式算出外層彈簧直徑d0=14mm，外層彈簧直徑di=8mm，然后可以算出彈簧的各

105、項(xiàng)數(shù)據(jù)如下表（2-11）所示：</p><p>　　表2-11 內(nèi)外層彈簧的參數(shù)</p><p>　　組合彈簧和駐車活塞的結(jié)構(gòu)圖如圖2-15所示：</p><p>　　圖2-15 組合彈簧和駐車活塞的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中紅色圓圈中的部分就是駐車活塞的液壓油腔，駐車活塞腔內(nèi)的外徑為D0=790mm，內(nèi)徑為Di=750mm，這樣活塞的

106、受力環(huán)的寬度為（790-750）/2=20mm，經(jīng)計(jì)算可以得到活塞的有效工作面積為：</p><p>　　AZ=π/4(D02-Di2)=0.04838m2</p><p>　　為了使駐車系統(tǒng)能夠正常工作，則駐車液壓系統(tǒng)所提供的液壓PZ應(yīng)滿足下面式子：</p><p>　　PZ*AZ=F×27/22</p><p>　　算得PZ=6

107、.023MPa。</p><p>　　第3章 制動(dòng)系統(tǒng)的三維建模</p><p>　　在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，交互技術(shù)是必不可少的。交互式CAD系統(tǒng)，指用戶在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，人和機(jī)器可以及時(shí)地交換信息。采用交互式系統(tǒng)，人們可以邊構(gòu)思、邊打樣、邊修改，隨時(shí)可從圖形終端屏幕上看到每一步操作的顯示結(jié)果，非常直觀。</p><p>　　實(shí)體造型技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)

108、動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中建立3D實(shí)體模型的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)體造型技術(shù)是指描述幾何模型的形狀和屬性的信息并存于計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)生成具有真實(shí)感的可視的三維圖形的技術(shù)。</p><p>　　三維建模軟件眾多，本設(shè)計(jì)中軟件中選擇了CATIA三維建模設(shè)計(jì)軟件。CATIA是法國Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一體化軟件，Dssault System 成立于1981年，CATIA是英文 Comp

109、uter Aided Three-Dimensional Interface Application 的縮寫。它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　3.1 輪邊減速器的建模 </p><p>　　3.1.1 半軸的建模</p><p><b>　　半軸建模的

110、思路：</b></p><p>　　先拉伸一個(gè)長1155mm的凸臺(tái)；</p><p>　　用CAXA畫出半軸花鍵的齒形，然后存成iges格式的文件導(dǎo)CATIA，在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)里面將齒形接合，如圖（3-1）所示再投影到半軸端面上，用投影的齒形拉出一個(gè)長167mm的凹槽即可得到半軸花鍵；</p><p>　　圖3-1 半軸花鍵的齒形</p>

111、<p>　　查機(jī)械手冊得到半軸擋圈（用來擋住太陽輪的）的安裝槽規(guī)格，然后做出擋圈槽，最后得到半軸如圖（3-2）。</p><p><b>　　圖3-2 半軸</b></p><p>　　3.1.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模</p><p>　　3.1.2.1 太陽輪的建模</p><p><b>　　太陽輪

112、建模思路：</b></p><p>　　用CAXA畫出太陽輪的齒形和內(nèi)花鍵齒形，如圖（3-3）；</p><p>　　圖3-4 太陽輪齒形</p><p>　　將齒形拉伸成齒輪，拉伸長度就是齒寬，如下圖：</p><p><b>　　圖3-5 太陽輪</b></p><p>　　3.1

113、.2.2 行星輪的建模</p><p>　　同太陽輪的建模一樣，中間的通孔是行星架孔，如下圖：</p><p><b>　　圖3-6 行星輪</b></p><p>　　3.1.2.3 齒圈的建模</p><p>　　齒圈一端和行星輪嚙合，一端和齒圈支架嚙合。齒圈的定位依靠一個(gè)擋圈，擋圈裝在齒圈支架上，然后卡在齒圈上的凹

114、槽中。</p><p><b>　　圖3-7 齒圈</b></p><p>　　3.1.2.4 行星架的建模</p><p>　　建模思路：①先拉伸一個(gè)圓盤，然后在圓盤的表面上拉伸出一個(gè)行星軸，再陣列出3個(gè)②在行星軸上開孔用來通油，以潤滑軸承③做四個(gè)圓弧凸臺(tái)，上面開四個(gè)通孔，用來固定行星架在端蓋上。</p><p>&l

115、t;b>　　圖3-8 行星架</b></p><p>　　3.1.2.5 滾針軸承的建模</p><p><b>　　（1）軸承內(nèi)圈</b></p><p><b>　?。?）軸承支持架</b></p><p><b>　?。?）軸承外圈</b></p&

116、gt;<p><b>　?。?）滾針軸承</b></p><p>　　3.1.2.6 齒圈支架的建模</p><p>　　建模思路：①先畫出齒圈支架的輪廓，然后旋轉(zhuǎn)得到回轉(zhuǎn)體；②用CAXA畫出支架的齒形，然后做凹槽，得到齒形；③做出齒圈的花鍵。</p><p><b>　　圖3-9 齒圈支架</b></