工程课程设计——装载机制动器的设计

1、工程机械设计课程设计装载机制动器的设计学院班级姓名学号时间目录绪论1:制动器的作用42:制动器的种类43:对制动器的要求4装载机制动器设计说明书 6一：设计任务 6二：方案分析及选择61:车轮滚动半径 62:中心距前后轴的距离73:重心高度74:空满载时静轴荷分配75:制动力分配系数76:同步附着系数 77:制动减速度8&空满载时动轴荷分配89:最大制动力矩8三：钳盘式制动器的设计91:制动盘的直径 92:制动盘的厚度93:摩擦衬块内外半径 94:制动衬块的面积105:摩擦衬块材料的确定 106:制动衬块的设计计算 107:衬块磨损特性的计算 11四：制动器主要零件的结构设计 121:

2、制动盘 122:制动钳133:制动块 144:摩擦材料 145:盘式制动器的间隙15五：制动驱动机构的结构型式与设计计算 151:制动驱动机构的结构型式选择152:制动管路的选择.153:液压制动驱动机构的设计计算16六：参考文献 18绪论1：制动器的作用制动器是用于使行驶中的车辆减速或停车， 以及使已停止行驶的 车辆在原地驻留不动的机构， 制动器直接影响着车辆的安全性和停车 可靠性。在日益以安全为第一要务的时代， 制动器的制动性能好坏已 成为车辆的一项重要指标。2：制动器的种类车辆制动器至少应有两套独立的制动装置， 即行车制动和驻车制 动装置。摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大

3、类。 鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种 结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片 的制动蹄， 后者则安装在制动底板上， 而制动底板则紧固在前桥的前 梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上或变速器，其旋转摩擦元件为制动 鼓。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧表面为工作面 的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制 动块。3：对制动器的要求 具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能； 工作可靠； 热稳定性好； 制动效能的水稳定性好； 制动时操纵稳定性好； 作用滞后的时间要尽可能短； 制动时不应产生震动和噪声； 制动系的机件应使用寿

4、命长，制造成本低装载机制动器设计说明书一：设计任务(即设计依据和条件)轮式装载机的基本参数铲斗容量3m3额定载荷5t最大卸载咼度2950mm最小卸载距离1290mm最大爬坡能力25整机重量155t行驶速度25km/h轴距2200mm轮距1490mm轮胎规格23.5 25二：方案分析及选择1：车轮滚动半径r r由于装载机的轮胎规格为235 25，其中轮胎的断面宽度为23.5英寸，即23.525.4 = 5969 mm,轮辋直径为25英寸，即2525.4 = 635 mm故车轮的滚动半径：r r = 1 ( 2596.960% + 635)= 675.64mm取 650mm2扁平率按60%计算2:

5、空满载时重心距前轴的距离Li、Li ,距后轴的距离L2、L2空载时：L1 =1250mm，L2=950mm满载时：L1 =1100mm，L2 =1100mm3：空满载时重心的高度Hg、Hg空载时：Hg=L1=950=950.=2037mmtanatan 25=0.4663 -满载时：HgL111100=1100 .=2359mmtan :-tan 25=0.4663 -4:空满载时轴荷分配（未进行制动的静负荷）空载：Gsf =L2G0- 950X15.5X103 kg =6.69103 kgL2200Gsr =L1G0-,1250X：15.5X：103kg =8.81103 kgL2200满载

6、：Gsf =.L2 G =G0-.1100X20.5X103 kg =10.25103 kgL2200Gsr =:S G。=.1100X20.5X103 kg =:10.25103 kgL22005：制动力分配系数GsfGSR=0.76=6.69 X10338.81 106：同步附着系数空载:= 2200 汉 0.76 - 950Hg2037=0.35满载:Hg2200 0.76 -11002359=025综合考虑确定0 = 0.47:制动减速度a =0 g = 0.49.8 = 3.92 m/s2& 空满载时轴荷分配（制动时的动负荷）空载：Gdf匕学G。Lg戲0 2037 3.921

7、5.5IQ322002200 9.8=12.43103 kgGdr = Gq广 1250<22002037 39215.51Q32200 9.8满载：Gdf=3.07103 kg=19.04103 kg'迴 + 空gg汉 20.5 x iq3<22002200x9.8 丿Gdr=血空生竺】汶20.5 x io(L Lg ,<22002200 x 9.8 丿=1.461039:制动器最大制动力矩M max = Go o rr = 20.51030.465010" = 5330N m则前轮所需最大制动力矩：M=L20 H gL2 oHgG .: rG00rr2L

8、11000.4 23592 22005330 = 2476N m每个前轮制动器应有的最大制动力矩:11T = M .1 =2476 = 1238 N m22总结：盘式制动器的优点有：热稳定性较好，制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用；水稳定性好, 衬块单位压力高，易将水挤出；制动力矩与机械前进和后退无关； 在 输出同样大小的制动力矩的条件下，盘式制动器的质量和尺寸比较 小；盘式摩擦衬片比较容易更换；易于构成多回路制动驱动系统，使 系统有较好的可靠性和安全性。通过以上分析，选用综合性能较好的钳盘式制动器三：钳盘式制动器的设计1制动盘的直径D制动盘的直径应尽可能取大一些，这时制动盘的有效半径得 到增加，

9、可以减小制动钳的夹紧力，降低衬块的单位压力和工作温度。 另外受到轮辋直径的限制，制动盘直径通常选择为轮辋直径的 70% 79%，取 75%。故制动盘的直径D :D = 63575% = 47625mm，取 476mm。2:制动盘的厚度h制动盘的厚度对制动盘的质量和工作时的温升有影响，为使 质量小一些，制动盘不宜取太大，为了减小温升，又不宜取太小。考 虑到装载机的工作环境比较恶劣， 尘沙较多，因此选用刮泥沙效果较 好的实心制动盘。一般实心制动盘的厚度为 10 20mm,取20mm。 3:摩擦衬块外半径R2与内半径Ri摩擦衬块外半径R2与内半径R的比值应不大于15，若此比 值偏大，工作时衬块外缘与

10、内侧圆周速度相差较多， 磨损不均匀，接 触面积减少，最终将导致制动力矩变化大。选空=1.4,由于摩擦衬块外半径略小于制动盘半径（-=竺Ri22=238mm ），取 r2 = 230mm,贝卩：R, = R2 = 230 = 1643mm ,取 164mm1.41.44:制动衬块的面积AA =（R22-Ri2） = 60 （2302 -1642）= 13616 mm2360°360。式中：:摩擦衬面扇形角，一般 :=50 60，取=60。5:摩擦衬块材料的确定摩擦系数越高的材料，其耐磨性越差，考虑到热稳定性以及受到 压力和温度的影响，选择粉末冶金做为摩擦衬块的材料。各种制动器用摩擦材料

11、的摩擦系数稳定值约为 03 0.5，在假 设的理想条件下计算制动器的制动力矩， 为使计算结果接近实际，选 取）=0.3 。6:制动衬块的设计计算制动器的制动力矩为T = 2 PR式中：P单侧制动块对制动盘的压紧力作用半径。R = RiR2=230+164=197mm所以:2R12382 0.3 197 10=10474N7:衬块磨损特性的计算摩擦衬块的磨损受温度、摩擦力、滑摩速度、制动盘的材料及加 工情况、以及衬块本身材质等许多因素的影响。各国常采用比能量耗散率（又称单位功负荷）做为评价指标，也就是单位时间内衬块单位摩擦面积耗散的能量，单位为W/mm 2。O 246 V 1012>418

12、1 一无連风連熹心盘I Z-*曲找通凤道空心盘ffl 4 热套滙试验曲建2 2e = GC 1 -： 2 ）4tA式中：Go车辆的总质量（kg）；m/s);回转质量换算系数；1、： 2 制动初速度和终速度t 制动时间（s）。t=巴（a为制动减速度）；aA制动衬块的摩擦面积（mm2）;1 制动力分配系数。在紧急制动停车的情况下，学=0,并可以取：=1 ,故:e =:：（ e - 6W/mm 2 为宜）4tA所以：3 100015.5 103 25e =3600 0.76 = 5.89W/mm 2 乞 6W/mm 2 25041361636 3.92用衬块单位摩擦面积的制动器摩擦力即比摩擦力f 0

13、计算衬块的磨损特性。单个前轮制动器的比摩擦力为 f0 =0 RA式中：T单个制动器的制动力矩；R制动衬块平均半径；A单个前轮制动器的衬块摩擦面积所以：RA =1238 103197 13616N/mm2=0.46N/mm四：制动器主要零件的结构设计1:制动盘制动盘结构形状有平板型和礼帽形，由于设计的是钳盘式制动器，故采用礼帽形制动盘，其圆柱部分长度取决于布置尺寸。 考虑机械作业环境的恶劣以及尘沙较多，为了避免制动盘积聚尘沙造成划 伤，故选用实心制动盘 SE® 片殳耀命车涓费两mi立冶am中国汽车消贵网315che,com2:制动钳制动钳由球墨铸铁 QT400-18制造，做成整体的，其

14、外缘留有 开口，以便不必拆下制动器便可检查或更换制动块。制动钳体应有高 的强度和刚度。在钳体中加工出制动油缸。为了减少传给制动液的热 量，将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。活塞有钢制造，为了提高耐磨性，活塞的工作表面要进行镀铬处理。制功钳体活慕护u活慕徑封圈目调螳杆宴封*揍片弹釜豈茨塔医驻莘制叨杠样护巌目调螺杆 驻车制动杠杯自调螺叫 济膜削戦螺母扭黄推力琲轴承DBA盘式制动器的浮式制动钳3:制动块制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌在一起。 衬块为扇形。活塞应能压住尽量多的制动块面积， 以免衬块发生卷角 而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。设计的盘式制动器装有衬块 磨损达极限时的警

15、报装置，以便及时更换摩擦衬块。4:摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数， 抗热衰退性能好，不 能在温度升到一数值后摩擦系数突然急剧下降， 材料的耐磨性好，吸 水率低，有较高的耐挤压和耐冲击性能，应尽量采用少污染和对人体 无害的摩擦材料。综合考虑，制动盘采用耐磨性能良好的珠光体灰铸铁铸造，为保证足够的强度和耐磨性能，其牌号为HT250.5:盘式制动器的间隙制动盘与摩擦衬块之间在未制动的状态下应有工作间隙，以保证制动盘能自由转动。一般，盘式制动器的设定间隙为0.1 03mm,此间隙的存在会导致踏板或手柄的行程损失，因而应尽量小些。 五：制动驱动机构的结构型式与设计计算1:制动驱动机构的结构

16、型式选择液压式驱动机构的优点：a：制动时可以得到必要安全性，因为液压系统内压力相等，左右 轮制动同时进行；b:易保证制动力正确分配到前、后轮，因为前、后轮制动轮缸可 以做出不同直径；c：车振或悬架变形不发生自行制动；d:不须润滑和时常调整。2:制动管路的选择nu选用X型的布置方案。3:液压制动驱动机构的设计计算 制动轮缸直径dd = 4PV叩式中：P制动轮缸活塞对制动器的驱动力，近似等于制动块对制动盘的压紧力；p制动管路压力，一般 p = 5 8MPa，取8MPa。所以：d = 严10474 = 40.89 mm, 取 40mm8兀 制动总缸直径d 0'2'23 V2 = kV

17、-t = k (n 1 d! X! + n2 dzx?)(mm )44式中：V2制动总缸排出的液体体积；V-进入各制动轮缸液体的体积之和；k管路变形系数，一般取 k = 1.1 ；d-、d2前、后轮制动轮缸直径， mm；n,、n2前、后轮制动轮缸活塞数；x,、x2前、后轮制动轮缸位移量，mm。对于盘式制动器位移等于间隙x = S 2。故：IlQIIQQV2 = 1.1 ( 1402 0.2 1402 0.2)= 55292mm344制动总缸活塞直径d 0和活塞行程S2满足：V2 = do S2(mm )4一般 S2 = (0.8 1.2) d 0 ,取 S2 = d 0所以 V2 = -do2 do = -do344故：d0 =扌竺=3552.92 = 8.9mm，取 d0 = 10mmV ny Ji 制动踏板作用力及踏板行程踏板作用力：R =d02p-( N)4 L式中：-、L踏板两端作用力到支点的力臂，mm。它们之间的传动比i=-，取 i = 3，即-=1。LL3驱动机构效率，取=0.89故：R =: ,2 L ' 1:do p=-4L41 1io2 10" 8 106= 236N30.89踏板仃程ss =（s 2+o）l =（S2 +o） i式中:；0制动总缸活塞与推杆之间的间隙