轻型载货汽车后鼓式制动器CAD/CAE设计

摘  要

汽车制动既能使行驶中的汽车减速，又能使车辆能稳定地停驻在原地不动。随着现代社会的发展，汽车的保有量越来越多，并且随着汽车技术的发展，高速公路的增加以及汽车行驶速度的提高，汽车的制动性越来越重要。汽车的制动性是汽车的主要性能之一，制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，而良好的制动性能，可以化险为夷，避免交通事故。所以汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。

本次论文通过对轻型载货汽车后鼓式制动器的CAD/CAE设计，详细地对制动系统进行了阐述。首先根据设计任务书上提供的整车制动参数绘制出理想制动力分配I曲线，利用图像法确定空载和满载状态的同步附着系数，然后计算出制动器制动力分配系数，绘出β曲线，初步选择合适的制动力分配系数。通过设计经验对制动器的结构形式进行选择，绘制并验证利用附着系数与制动强度的关系曲线。对制动器主要零部件的结构进行设计与强度计算，选择与设计制动驱动机构的结构型式。对制动器主要零部件如制动蹄进行有限元分析，校核了强度。

在本次设计中，轻型载货汽车选择了真空伺服鼓式制动器，确定了轻型载货汽车的同步附着系数、制动器最大制动力矩，制动器因数等参数。通过对制动鼓和制动蹄进行ANSYS有限元分析，结果显示其应力应变均处在允许范围内，并且适当的减少了制动蹄的材料，以减轻簧下质量，提高行驶平顺性。

关键词：轻型载货汽车；制动系统；制动器；有限元分析

Abstract

The brake of the car can make the car slow down and keep the vehicle stable and stopping in place. With the development of modern society, the number of car ownership is increasing, and with the development of automobile technology, the improvement of highway and the increase of vehicle speed, vehicle brake become more and more important. The braking performance is one of the main properties of the car, the brake related to traffic safety directly, many traffic accidents just because the braking distance is too long, and emergency braking sideslip, and good braking performance can save and avoid the traffic accidents. So the vehicle brake is the important guarantee for the safe driving of the car.

In this paper, through the CAD/CAE design of rear drum brake light duty vehicle, the braking system are described in detail. First of all, draw the ideal brake force distribution curve I according to the braking parameters provided by the design task book, using the least square method to determine the synchronous adhesion coefficient of no-load and full-load condition, then calculate the brake force distribution coefficient, draw the curve β, and select the appropriate brake force distribution coefficient initially. Select the structure form of the brake by design experience, draw and verify the curve of utilization of attachment coefficient and brake strength. Do the design and strength calculation to the main components of the structure of the brake, select and design of the brake drive mechanism. Have the finite element analysis to the main parts of the brake such as the brake shoes, and checking the strength.

In this design, the light-duty vehicle chooses vacuum servo brake and determines the synchronous adhesion coefficient, brake maximum braking torque and brake factor and other parameters of light truck. By ANSYS finite element analysis of brake drum and brake shoes, the result shows that the stress and strain are in allowable range, and by reducing the brake shoe materials appropriately, can reduce unsprung mass and improve ride comfort.

Keywords: light duty vehicle, the braking system, brake, finite element analysis    

目  录

摘  要

Abstract

第1章 绪  论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 汽车制动系统未来趋势

1.3 制动系统组成与分类

1.3.1 制动系统的组成

1.3.2 制动系统的分类

1.4 本文的主要研究内容

第2章 制动器的结构型式选择及方案分析

2.1 制动器的结构型式的选择

2.2 制动管路的多回路系统

2.3 制动驱动机构的型式选择

2.3.1 简单制动系

2.3.2 动力制动系

2.3.3 气压制动系

2.3.4 全液压动力制动系

2.3.5 伺服制动系

2.4 本章小结

第3章 鼓式制动器主要参数的确定与设计计算

3.1 制动力与制动力分配系数

3.2 同步附着系数

3.3 制动强度与附着系数利用率

3.4 制动器因数与制动蹄因数

3.5 制动器最大制动力矩

3.6 利用附着系数与制动效率

3.7 鼓式制动器的结构参数与摩擦系数

3.7.1 制动鼓内径

3.7.2 摩擦衬片宽度与包角

3.7.3 摩擦衬片起始角

3.7.4 制动器中心到张开力作用线的距离

3.7.5 制动蹄支承点位置坐标k与c

3.7.6 摩擦片摩擦系数

3.8 驻车制动能力的计算

3.9 压力沿衬片长度方向的分布规律及径向变形规律

3.10 制动蹄片上的制动力矩

3.11 检查制动蹄有无自锁

3.12 摩擦衬片磨损特性计算

3.13 制动器主要零件的结构设计

3.13.1 制动鼓

3.13.2 制动蹄

3.13.3 制动底板

3.13.4 制动蹄支承

3.13.5 制动轮缸

3.13.6 摩擦材料

3.13.7 制动摩擦衬片

3.13.8 制动器间隙的调整方法及相应机构

3.13.9 制动蹄支承销剪切应力计算

3.14 制动主缸和制动轮缸的设计计算

3.14.1制动轮缸直径与工作容积

3.14.2 制动轮缸活塞宽度与缸筒的壁厚

3.14.3 制动主缸直径与工作容积

3.14.4 制动主缸行程的计算

3.14.5 制动主缸活塞宽度与缸筒的壁厚

3.14.6 制动踏板力与踏板行程

3.14.7 真空助力器的选择

3.14.8 制动液的选择与使用

3.14.9 制动力分配的调节装置

3.15 三维建模

3.15.1 制动器主要零部件建模

3.15.2 鼓式制动器建模

3.16 本章小结

第4章 鼓式制动器的有限元分析

4.1 有限元分析模型的建立

4.2 边界条件施加方式的确定

4.3 加载过程

4.4 计算结果

4.5 本章小结

结  论

致  谢

参考文献

………………