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-PAGEVI-題目:CPC20叉車制動系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所提交的畢業(yè)設(shè)計(論文),是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下,獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名(親筆):年月日本科畢業(yè)設(shè)計(論文)版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)設(shè)計(論文)作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定,本科生在校攻讀期間畢業(yè)設(shè)計(論文)工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬重慶交通大學,同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱;本人授權(quán)重慶交通大學可以將畢業(yè)設(shè)計(論文)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(論文)。作者簽名(親筆):年月日導(dǎo)師簽名(親筆):年月日摘要制動系統(tǒng)是車輛上最重要的系統(tǒng)之一,也是車輛駕駛者最應(yīng)重視的方面。因為車輛制動系統(tǒng)是車輛正常工作所必須具備的系統(tǒng),其質(zhì)量好壞與車輛的安全性有著密不可分的關(guān)系。制動方式多種多樣,但車輛絕大部分用的是摩擦式的制動器,車輛的制動器可分為盤式制動和鼓式制動。本次設(shè)計參考叉車設(shè)計規(guī)范等資料,完成了CPC20叉車制動系統(tǒng)的設(shè)計。首先對相關(guān)類型制動器的進行比較,選用了盤式制動器;然后通過對制動器的結(jié)構(gòu)分析,設(shè)計了摩擦盤的的結(jié)構(gòu),摩擦襯塊的結(jié)構(gòu),并根據(jù)要求設(shè)計了其相關(guān)安裝要求。最后在通過對盤式制動器制動原理的分析和原始資料的基礎(chǔ)上,參照汽車相關(guān)設(shè)計并對比叉車與汽車的不同,確定了制動力矩,摩擦盤尺寸,踏板操縱力及踏板操縱行程等制動器基本參數(shù)。在設(shè)計計算完成后,應(yīng)用軟件Catia繪制制動器主要裝配的三維模型,將其具體展現(xiàn)出來,然后再用Autodesk繪制主要零件和裝配。本次設(shè)計的叉車制動系統(tǒng)符合制動設(shè)計的理論要求,能保證叉車在行駛中制動及緊急制動,并保證在坡道上安全制動,達到了制動器能保證駕駛員的行車安全的目的。關(guān)鍵詞:叉車制動系統(tǒng);盤式制動器設(shè)計;三維建模
DesignofBrakeSystemforCPC20ForkliftTruckAbstractThebrakingsystemisoneofthemostimportantvehiclesystems,butalsothevehicledrivershouldpayattentiontothemostaspects.Becausethevehiclebrakingsystemisasystemmusthavethenormalworkofthevehicle,itsqualityandsafetyofvehicleshavetheinseparablerelations.Thebrakingmeansisvaried,butthevehiclemostusethebrakefrictiontype,vehiclebrakecanbedividedintodiscbrakeanddrumbrake.Byreferenceforkliftdesignspecificationsandotherinformation,IcompletetheCPC20forkliftbrakesystemdesign.Firstly,byrelatingtypesofbrake,thebrakediscischoseninthisdesign.Then,throughtheanalysisofthestructureofthebrake,thestructureofthefrictiondiscandthestructureofthefrictionpadaredesigned.Therelevantinstallationrequirementsaredesignedaccordingtotherequirements.Finally,basedontheanalysisandoriginaldataofthebrakeonthediscbrakes,refertothecar-relateddesignandcomparethedifferencebetweentheforkliftandthecar,thebasicparametersofbrakesuchasbraketorque,frictionplatesize,pedaloperationforceandpedaloperationstrokearedetermined.Aftercompletingthedesign,IuseCatiatodrawthemainassemblyofthethree-dimensionalmodelofthebrake,toshowit,andthenuseAutodesktodrawthemainpartsandassemblyofthetwo-dimensionalmap.Discbrakeofthisdesignmeetstherequirementsofbrakedesigntheory,itcanguaranteeintherunningprocessoftheautomobilebrakingandemergencybraking,andensurethesafebrakingramp,achievesthepurposeofthebrakecanguaranteethedriver'ssafety.KeyWords:ForkliftBrakeSystem;DiscBrakeDesign;Three-dimensionalModelingPAGE2–PAGE43–目錄摘要 IIIAbstract IV1緒論 31.1研究的目的及意義 31.2叉車制動器的現(xiàn)狀及趨勢 41.3研究的主要內(nèi)容 52CPC20叉車制動系統(tǒng)方案選擇 62.1制動系統(tǒng)概述 62.1.1制動系統(tǒng)功用 62.1.2制動系統(tǒng)的組成 62.1.3制動系統(tǒng)的功能 62.1.4對制動系統(tǒng)的要求 72.2制動器的選型 82.3制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 103前制動器的設(shè)計計算 143.1制動器材料的選擇 143.1.1制動盤 143.1.2制動塊 153.1.3摩擦材料 153.1.4制動輪缸 163.2制動力矩的計算 163.3盤式制動器主要參數(shù)的確定 173.3.2制動盤直徑D 183.3.3制動盤厚度h 183.3.4摩擦襯塊內(nèi)半徑R與外半徑R 193.3.5摩擦襯塊工作面積A 193.4盤式制動器摩擦襯塊的磨損特性計算 193.4.1比能量耗散率 193.4.2比滑磨功 203.5盤式制動器制動力矩的計算 213.6制動性能分析 233.6.1制動性能評價指標 233.6.2制動效能 234液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算 254.1制動輪缸直徑與工作容積 254.2制動主缸直徑與工作容積 264.3制動踏板力與踏板行程 275駐車制動系統(tǒng) 285.1駐車制動系統(tǒng)簡述 285.2駐車制動系統(tǒng)設(shè)計計算 286制動器三維模型 306.1CATIA的簡介 306.2制動器三維建模 30設(shè)計總結(jié) 36致謝 37參考文獻 38
1緒論1.1研究的目的及意義在當前物流經(jīng)濟迅速發(fā)展的情況下,叉車(圖1.1)發(fā)揮著越來越重要的作用。而叉車制動器制動器又是叉車制動系中直接作用制約運動的一個關(guān)鍵裝置,是叉車上最重要的安全件。叉車在裝卸貨物的時候要頻繁進行制動操作,由于制動性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全,因此制動性能是車輛非常重要的性能之一,因此改進制動系統(tǒng)的機構(gòu)、解決制約其性能的突出問題具有非常重要的意義。圖1.1叉車叉車制動器是叉車制動系統(tǒng)中最主要的一個部件,是制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙運動或運動趨勢從而使車輛停止或者減速的部件,研究制動器同時也是整個制動系統(tǒng)設(shè)計里最重要的板塊,所以本次設(shè)計要確定制動器的形式,并進行合理的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。在當前日益激烈的環(huán)境下,制動系統(tǒng)的設(shè)計也更加數(shù)字化。隨著計算機技術(shù)不斷發(fā)展,我們也要應(yīng)用CAD等技術(shù)來進行制動系統(tǒng)的設(shè)計,這樣才能將設(shè)計周期縮短,系統(tǒng)的可靠性及質(zhì)量才能得以保證。本次設(shè)計運用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識,對叉車制動系統(tǒng)進行其工作原理及工作過程的分析,完成該型號叉車制動系統(tǒng)方案設(shè)計。保證制動系統(tǒng)具有良好的制動效能以及良好的操縱穩(wěn)定性,對保證制動系統(tǒng)工作可靠具有理論與實際意義。這次設(shè)計利用三維軟件進行繪圖,可以讓理論和實際結(jié)合起來,加深對所學知識的印象,也會讓我們更加熟悉三維軟件的操作以及機械設(shè)計的流程。1.2叉車制動器的現(xiàn)狀及趨勢目前,世界上廣泛運用的制動器還是摩擦式制動器。按摩擦副元件的形狀不同可將叉車制動器分類為帶式、盤式和蹄式三大類。帶式制動器在車輛上的應(yīng)用非常少,只是偶爾用作中央制動器。盤式制動器的制動力矩非常平穩(wěn),而且維修方便、壽命長。但由于為了提高其制動效能而必須加制動增力系統(tǒng),其造價較高,而且布置上比較困難。所以,在中小噸位的車上并沒有使用,通常被采用在大噸位的叉車上。蹄式制動器制動效能高,摩擦系數(shù)大,制動穩(wěn)定,造價低。所以應(yīng)用比較廣泛,不但會用作車輪制動器,也廣泛用作中央制動器。摩擦材料以前都是用的灰鑄鐵,但其不容易控制。隨著時代的發(fā)展,以樹脂或橡膠與纖維及不同種類、百分比含量的礦物和有機填料結(jié)合成的復(fù)合材料和合成材料逐漸取代了灰鑄鐵成為當今摩擦材料的主要材料。利用手繪圖紙對制動器進行設(shè)計,這樣不僅操作麻煩,而且在需要對某些地方進行修改的時候往往需要改動整個圖紙,操作十分不便。隨著計算機技術(shù)不斷的進步,CAD技術(shù)普及到工程機械設(shè)計的方方面面。對叉車制動器的設(shè)計和研究現(xiàn)在可以利用計算機的功能,還能對叉車制動器進行測試和試驗。設(shè)計師可以通過CAD軟件來進行自己對制動器的構(gòu)思和模擬,再根據(jù)實際需求,進行圖紙的繪制,這樣就可以把相對復(fù)雜的零件圖形以及巨大的計算量都交給計算機來完成,大大的縮短了項目的完成時間。這樣不僅更方便設(shè)計,還更加利于修改和交流。1.3研究的主要內(nèi)容此次對CPC20叉車制動系統(tǒng)的設(shè)計,首先需要分析制動系統(tǒng)工作原理及工作過程,確定該型號叉車制動系統(tǒng)方案。然后在查閱資料之后,進行制動系各主要部件如制動盤、制動踏板力及行程等參數(shù)的設(shè)計與計算并進行校核。最后利用Autodesk和Catia繪制裝配圖和主要零件圖。表1.1設(shè)計參數(shù)整車自重發(fā)動機額定功率最大扭矩輪胎規(guī)格(前輪/后輪)輪胎直徑(前輪/后輪)輪距(前輪/后輪)軸距額定轉(zhuǎn)速3305kg32.4kw142N.m2-7.00-12-12PR/2-6.00-9-10PR676/540mm970/970mm1600mm2400r/min2CPC20叉車制動系統(tǒng)方案選擇2.1制動系統(tǒng)概述2.1.1制動系統(tǒng)功用使車輛強制減速或停止的過程稱為制動。其實質(zhì)是利用制動器的摩擦來消耗車輛的動能,使其轉(zhuǎn)化為熱量從而散發(fā)掉,使車輛的行駛速度降低;當車輛停止后,則利用制動器的摩擦力矩使車輛不會因為外力的作用而自行運動。制動性能是指使行駛中的車輛按要求迅速減速以致停止的能力。制動性能的好壞,對車輛完成作業(yè)任務(wù),提高生產(chǎn)率及保證行駛的安全起著很重要的作用。2.1.2制動系統(tǒng)的組成(1)供能裝置:包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質(zhì)狀態(tài)的各種部件;(2)控制裝置:產(chǎn)生制動動作和控制制動效果各種部件,如制動踏板;(3)傳動裝置:包括將制動能量傳輸?shù)街苿悠鞯母鱾€部件如制動主缸、輪缸;(4)制動器:產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件制動系統(tǒng)一般由制動操縱機構(gòu)和制動器兩個主要部分組成。2.1.3制動系統(tǒng)的功能制動系統(tǒng)是車輛安全行駛的重要裝置。它必須具備如下基本功能:(1)在車輛行駛過程中,能以適當?shù)臏p速度使車輛降速行駛直至停車。(2)在車輛下坡時,為避免車輛在本身重力分力作用下不斷加速,應(yīng)進行制動,使之保持適當?shù)姆€(wěn)定車速。(3)車輛停放時,使車輛在原地可靠地停住。為此,車輛一般均具有兩套制動系統(tǒng):一套為行車制動系統(tǒng),他用以實現(xiàn)前兩項功能。由駕駛員通過制動踏板來操縱,當踏下制動系統(tǒng)時起制動作用,松開制動踏板后,制動作用即行消失,故也稱為腳制動系統(tǒng),此類制動器亦可兼作駐車制動之用。另一套為停車制動系統(tǒng),它主要用來實現(xiàn)第三項功能,并有助于車輛在坡道上起步,以防止車輛向下滑溜。這套制動系統(tǒng)通常用制動手柄操縱,并鎖止在制動位置上,當駕駛員離開車輛后仍能可靠地保持在制動狀態(tài),故也稱為手制動系統(tǒng)。2.1.4對制動系統(tǒng)的要求為保證行駛安全,制動系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求:(1)工作可靠,制動器產(chǎn)生的制動力矩應(yīng)滿足車輛對制動性能的要求。叉車空載,車速20km/h,要求制動距離不大于6m。(2)制動平穩(wěn),制動力與操縱力成正比,制動時左右制動輪上的制動力矩應(yīng)平穩(wěn)增加,且保持相等,放松制動踏板時,制動作用應(yīng)迅速消失。制動器不自行制動,不抱死,不失靈,制動效果不隨溫度等環(huán)境因素變化。(3)操作輕便,腳踏板力不應(yīng)超過500-700N,行程不得大于150mm。維修、調(diào)整應(yīng)便利,特別是摩擦副磨損后,最好能實現(xiàn)自動調(diào)整。(4)制動作用滯后時間盡可能短,即從踩下制動踏板到制動器起作用的空行程時間越短越好。由于叉車前、后行駛的時間接近,故要求制動系統(tǒng)保證前行與后行的制動效能基本相同。叉車相對于汽車而言,速度慢、檔位少,有快慢檔和倒檔。同時,叉車是以行走駕駛為基礎(chǔ),目的是搬運和上下貨物。因此,上下、傾斜操縱桿的使用與叉車的前進,后退配合是叉車駕駛與汽車駕駛的主要區(qū)別。叉車向前行駛和倒車的使用幾率差不多。一般叉車前輪驅(qū)動,后輪轉(zhuǎn)向。圖2.1制動系統(tǒng)組成1-前輪盤式制動器;2-制動總泵;3-真空助力器;4-制動踏板機構(gòu);5-制動組合閥;6-制動警示燈2.2制動器的選型制動器主要有液力式、摩擦式和電磁式等幾種形式。電磁式制動器具有易于連接、接頭可靠以及滯后性好等優(yōu)點,但制造成本比較高,只在一些總質(zhì)量比較大的商用車上用作緩速器和車輪制動器;液力式制動器一般只作緩速器。目前廣泛使用是摩擦式制動器。摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同,可分為鼓式,盤式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器,鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式有多種。本次設(shè)計采用的是盤式制動器。盤式制動器(圖2.2)的制動盤有兩個主要部分:輪轂和制動表面。輪轂是安裝車輪的部位,內(nèi)裝有軸承。制動表面是制動盤兩側(cè)的加工表面,被加工得很仔細,這為制動摩擦塊提供了摩擦接觸面。制動盤裝車輪的一側(cè)為外側(cè),另一側(cè)朝向車輪中心,稱為內(nèi)側(cè)。盤式制動器的旋轉(zhuǎn)元件是一個垂向安放且以兩側(cè)表面為工作面的制動盤,其固定摩擦元件一般是位于制動盤兩側(cè)并帶有摩擦片的制動塊。制動時,當制動盤被兩側(cè)的制動塊夾緊時,摩擦表面便產(chǎn)生作用于制動盤上的摩擦力矩。盤式制動器一般用于大噸位叉車上。制動盤制動表面的大小由制動盤的直徑?jīng)Q定。大型車需要較多制動功能,它的制動直徑達12英寸或者更大;而相對較小較輕的車輛用較小的制動盤。通常,在保證制動性能良好的情況下,盡可能的將零件做更小、更輕。按照輪轂結(jié)構(gòu)分,制動盤有兩種常用型式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結(jié)構(gòu)中,輪轂與制動盤的其余部分被分別鑄成單體件。另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個獨立件。輪轂用軸承裝到車軸上,車輪凸耳螺栓首先通過輪轂,再通過制動盤轂法蘭進行配裝。這種型式制動盤稱為無轂制動盤。這種型式的優(yōu)點是成本低,而且制動面磨損超過加工極限時能輕易更換。制動盤有普通盤式和通風盤式,如圖2.3所示。普通盤式就是實心、整體式的制動盤。通風盤式制動盤的兩個制動表面之間有冷卻葉片,這種結(jié)構(gòu)增加了冷卻面積。在車輪轉(zhuǎn)動的時候,盤內(nèi)的扇形葉片旋轉(zhuǎn),增加了空氣循環(huán),可以進行有效的冷卻制動。盤式制動器具有重量輕、構(gòu)造簡單、散熱快、調(diào)整方便等優(yōu)點。特別是在高負載時耐高溫性能好,制動效果穩(wěn)定,不怕泥水侵襲,盤式制動比鼓式制動具有更短的制動時間。雖然盤式制動器的制動盤與空氣接觸面非常大,但是很多時候其散熱效果還是無法讓人滿意,于是有的制動盤上又被開了許多小孔,通過加速通風散熱來提高制動效率,這就是通風盤式制動器。一般來說,制動盤散熱效率隨著制動盤的尺寸增大而升高,然而通風盤則要比實體盤的散熱效率高。圖2.2盤式制動器結(jié)構(gòu)圖圖2.3通風盤式2.3制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇根據(jù)制動力源的不同,制動驅(qū)動機構(gòu)可分為簡單制動,動力制動及伺服制動三大類型,而力的傳遞方式又有機械式,液壓式,氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別,如表2.1。表2.1制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動力源力的傳遞方式用途型式制動力源工作介質(zhì)型式工作介質(zhì)簡單制動系(人力制動系)司機體力機械式桿系或鋼絲繩僅用于駐車制動液壓式制動液部分微型汽車的行車制動動力制動系氣壓動力制動系發(fā)動機動力空氣氣壓式空氣中、重型汽車的行車制動氣壓-液壓式空氣,制動液液壓動力制動系制動液液壓式制動液伺服制動系真空伺服制動系司機體力與發(fā)動機動力空氣液壓式制動液轎車、微、輕、中型汽車的行車制動氣壓伺服制動系空氣液壓伺服制動系制動液(1)簡單制動系簡單制動系即人力制動系,利用駕駛員作用于手柄上或制動踏板上的力作為制動力源。力的傳遞方式又有機械式和液壓式兩種。機械式靠桿系或鋼絲繩傳力,其結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,工作可靠,但機械效率低,故僅用于中、小噸位叉車的駐車制動裝置中。液壓式簡單制動系通常簡稱為液壓制動系,用于行車制動裝置。其優(yōu)點是作用滯后時間短,工作壓力高,輪缸尺寸小,可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機構(gòu)或制動塊壓緊機構(gòu),使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。但其有限的力傳動比限制了它在汽車上的使用范圍。另外,液壓管路在過度受熱時會形成氣泡而影響傳輸,會使得制動效能降低甚至失效。(2)動力制動系動力制動系是以發(fā)動機動力形成的液壓或氣壓勢能作為汽車制動的全部力源來進行制動,駕駛員作用于手柄上或制動踏板上的力僅對制動回路中控制元件進行操控。在簡單制動系中的踏板力與其行程間的反比例關(guān)系在動力制動系中便不復(fù)存在,因此,此處的踏板力較小且可有適當?shù)奶ぐ逍谐?。氣壓制動系是動力制動系最常見的型式,因為可以獲得較大的驅(qū)動力,而且主車與被拖的掛車、汽車與列車之間制動驅(qū)動系統(tǒng)的聯(lián)接裝置結(jié)構(gòu)簡單、聯(lián)接和斷開都很方便,所以廣泛用于總質(zhì)量為8t以上尤其是15t以上的載貨汽車、越野汽車和客車上。但氣壓制動系必須采用制動閥、空氣壓縮機、貯氣罐等裝置,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輪廓尺寸大、造價高;管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢,作用滯后時間較長,因此在制動閥到制動氣室和貯氣罐的距離較遠時有必要加設(shè)氣動的第二級控制元件——繼動閥(即加速閥)以及快放閥;管路工作壓力較低,因而制動氣室的直徑大,只能置于制動器之外,再通過桿件及凸輪或楔塊驅(qū)動制動蹄,使非簧載質(zhì)量增大;另外,制動氣室排氣時也有較大噪聲。氣頂液式制動系是動力制動系的另一種型式,即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動系統(tǒng)主缸的驅(qū)動力源的一種制動驅(qū)動機構(gòu)。它兼有液壓制動和氣壓制動的主要優(yōu)點。由于氣壓系統(tǒng)的管路短,作用滯后時間也較短。顯然,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價高,故主要用于大噸位叉車上。全液壓動力制動系是用發(fā)動機驅(qū)動油泵產(chǎn)生的液壓作為制動力源。有開式(常流式)和閉式(常壓式)兩種。開式(常流式)系統(tǒng)在不制動時,制動液在無負荷狀況下由油泵經(jīng)制動閥到貯液罐不斷地循環(huán)流動,制動時則借助于閥的節(jié)流而產(chǎn)生所需的液壓進入輪缸。閉式回路因平時保持著高液壓,故又稱常壓式。它對制動操縱的反應(yīng)比開式的快,但對回路的密封要求較高。在油泵出故障時,開式的將立即不起制動作用,而閉式的還有可能利用回路中的蓄能器的液壓繼續(xù)進行若干次制動。全液壓動力制動系除具有一般液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)點外,還具有操縱輕便、制動能力強、易于采用制動力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置等優(yōu)點。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密件多,對系統(tǒng)的密封性要求也較高,故并未得到廣泛應(yīng)用。(3)伺服制動系伺服制動系是在人力液壓制動系中增加由其他能源提供的助力裝置,使得人力與動力可兼用,即間用人力和發(fā)動機動力作為制動能源的制動系。在正常情況下,其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生,而在動力伺服系統(tǒng)失效時,仍可全由人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動力(即由伺服制動轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆χ苿樱?。按伺服系統(tǒng)能源的不同,可分為氣壓伺服制動系、真空伺服制動系、液壓伺服制動系,其伺服能源分別為氣壓能、真空能(負氣壓能)、液壓能。真空伺服制動系是利用發(fā)動機進氣管中節(jié)氣門后的真空度(負壓,一般可達0.05~0.07)作動力源,一般的柴油車若采用真空伺服制動系時,則需有專門的真空源——由發(fā)動機驅(qū)動的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動系是由發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機提供壓縮空氣作為動力源,伺服氣壓一般可達0.6~0.7。故在輸出力相等時,氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動系中,如果伺服系統(tǒng)也是分立式的,則氣壓伺服比真空伺服更適宜,因此后者難于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。液壓伺服制動系一般是由發(fā)動機驅(qū)動高壓油泵產(chǎn)生高壓油液,供伺服制動系和動力轉(zhuǎn)向系共同使用。本次設(shè)計采用的是液壓伺服制動系。
3前制動器的設(shè)計計算3.1制動器材料的選擇3.1.1制動盤制動盤一般用珠光體鑄鐵制成,或用合金鑄鐵制成。其結(jié)構(gòu)形狀有平板形和禮帽形。制動盤在工作時不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力,而且承受著熱負荷。為了改善冷卻效果,盤式制動器的制動盤有的鑄成中間有徑向通風槽的雙層盤,這樣可大大地增加散熱面積,降低溫升約20%-30%,但盤的整體厚度較厚。制動盤的工作表面應(yīng)光潔平整,制造時應(yīng)嚴格控制表面的跳動量,兩側(cè)表面的平行度(厚度差)及制動盤的不平衡量。根據(jù)有關(guān)文獻規(guī)定:制動盤兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.008mm,盤的表面擺差不應(yīng)大于0.1mm;制動盤表面粗糙度不應(yīng)大于0.06mm。本次設(shè)計采用的材料為合金鑄鐵,結(jié)構(gòu)形狀為禮帽形通風盤。圖3.1禮帽形通風盤3.1.2制動塊制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成,兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇形,也有矩形,正方形或圓形的。活塞應(yīng)能壓住盡量多的制動塊面積,以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。為了避免制動時產(chǎn)生的熱量傳給制動鉗而引起制動液汽化和減小制動噪聲,可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘(或噴涂)一層隔熱減震墊(膠)。由于單位壓力大和工作溫度高等原因,摩擦襯塊的磨損較快,因此其厚度較大。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達極限時的警報裝置,以便及時更換摩擦襯片。本次設(shè)計取襯塊厚度14mm。3.1.3摩擦材料制動摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù),抗熱衰退性能好,不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降;材料的耐磨性好,吸水率低,有較高的耐擠壓和耐沖擊性能;制動時不產(chǎn)生噪聲和不良氣味,應(yīng)盡量采用少污染和對人體無害的摩擦材料。以往車輪制動器采用廣泛應(yīng)用的模壓材料,它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑(由無機粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)與噪聲消除劑(主要成分為石墨)等混合后,在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差,故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓,其優(yōu)點是可以選用各種不同的聚合樹脂配料,使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能和其他性能。如表3.1所示為各種摩擦材料性能的對比【1】。表3.1摩擦材料性能對比材料性能有機類無機類制法編制物石棉模壓半金屬模壓金屬燒結(jié)金屬陶瓷燒結(jié)硬度軟硬硬極硬極硬密度小小中大大承受負荷輕中中-重中-重重摩擦系數(shù)中-高低-高低-高低-中低-高摩擦系數(shù)穩(wěn)定性差良良良-優(yōu)優(yōu)常溫下的耐磨性良良良中中高溫下的耐磨性差良良良-優(yōu)優(yōu)機械強度中-高低-中低-中高高熱傳導(dǎo)率低-中低中高高抗振鳴優(yōu)良中-良差差抗顫振-中-良中--對偶性優(yōu)良中-良差差價格中-高低-中中-良高高本次設(shè)計綜合考慮各種材料,采用性能更好、環(huán)保效果更好的半金屬材料。3.1.4制動輪缸制動輪缸為液壓制動系,采用的活塞式制動蹄張開結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡單,在車輪制動器中布置方便。本次設(shè)計制動輪缸的缸體采用灰鑄鐵HT250材料。其缸筒為通孔,需鏜磨;活塞由鋁合金制造。輪缸的工作腔裝載活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。3.2制動力矩的計算1.要求標準(法規(guī))【2】:空載,叉車以20km/h的車速行駛,制動距離應(yīng)不大于6m;滿載,車速10km/h,制動距離3m。2.制動減速度由,求出制動減速度,可得,則:(3.1)3.制動力由F=Ma,根據(jù)前面叉車自重M=3305kg,可求出制動力F??傻肍=33052.572=8500.46N4.制動力矩由,由選定的車輪半徑可求出制動力矩。=8500.460.50.6760.97=2786.96N.m由于存在駕駛員反應(yīng)以及叉車制動等產(chǎn)生的滯后時間,和摩擦片的磨損、溫度變化等情況,需要留出一定余量,實際制動力矩應(yīng)該大于上述計算值。而根據(jù)設(shè)計手冊【3】得:(3.2)其中,G為空載叉車自重力(N);為制動車輪(對叉車也就是驅(qū)動車輪)的滾動半徑(m)。故取。3.3盤式制動器主要參數(shù)的確定叉車制動時,如果忽略路面對車輪的滾動阻力矩和叉車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩,則任一角速度的車輪,其力矩平衡方程為:(3.3)式中:——制動器對車輪作用的制動力矩,即制動器的摩擦力矩,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反;——地面作用于車輪上的制動力,即地面與輪胎之間的摩擦力,又稱為地面制動力,其方向與汽車行駛方向相反;——車輪有效半徑。3.3.1制動器因數(shù)制動器因數(shù)BF表示制動器的效能,因此又被稱為制動器效能因數(shù)。其實質(zhì)是制動器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩,用于評價不同結(jié)構(gòu)型式的制動器的效能。制動器因數(shù)可定義為在制動鼓或制動盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比,即(3.4)式中:——制動器的摩擦力矩;R——制動鼓或制動盤的作用半徑;P——輸入力,一般取加于兩制動蹄的張開力(或加于兩制動塊的壓緊力)的平均值為輸入力。對于鉗盤式制動器,兩側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力均為P,則制動盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2?P(?為盤與制動襯塊間的摩擦系數(shù)),于是鉗盤式制動器的制動器因數(shù)為:(3.5)在本叉車制動系統(tǒng)設(shè)計中,取?=0.45,則BF=0.9。3.3.2制動盤直徑D制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些,這可以使制動盤的有效半徑得到增大,同時也可以減小制動鉗的夾緊力,降低摩擦襯塊的工作溫度和單位壓力。受輪輞直徑的限制,制動盤的直徑通常選擇為70%~79%,而總質(zhì)量大于總質(zhì)量大于2t的車輛應(yīng)取上限。在本設(shè)計中:因輪輞直徑為12英寸,即D=12×25.4=304.8mm;則制動盤直徑D=0.79304.8=240.792mm。查手冊【4】,取D=242mm。3.3.3制動盤厚度h制動盤的厚度h影響著制動盤質(zhì)量和制動盤工作時的溫升。為了使質(zhì)量不致太大,制動盤厚度又不宜過小。制動盤雖然可以制成實心的,但是為了通風散熱,又需要在制動盤的兩工作面之間鑄出通風孔道。通常,實心制動盤厚度可取10mm-20mm;而通風盤厚度可取為20mm-50mm,但多采用20mm-30mm。在本設(shè)計中:制動器采用通風盤,取厚度h=25mm。3.3.4摩擦襯塊內(nèi)半徑R與外半徑R摩擦襯塊外半徑R與內(nèi)半徑的比值應(yīng)不大于1.5。若比值過大,工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多,會導(dǎo)致磨損不均勻,接觸面積減小,最終將使得制動力矩變化大。制動盤半徑R=D/2=121mm,所以摩擦襯塊外直徑R取120mm。所以120÷1.5=80mm。在本設(shè)計中:取R=80mm,R=120mm。3.3.5摩擦襯塊工作面積A鉗盤式制動器的摩擦材料要求有較高的耐磨,耐溫,耐壓的性能。襯塊面積推薦根據(jù)制動摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/cm2~3.5kg/cm2范圍內(nèi)選取。摩擦襯塊的工作面積:取,則。3.4盤式制動器摩擦襯塊的磨損特性計算摩擦襯片(襯塊)的磨損,與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度等多種因素都有關(guān)系,因此在理論上如果要精確計算磨損性能是比較困難的。但是試驗表明,摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。叉車的制動過程是一個將其機械能(動能、勢能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中,制動器幾乎承擔了耗散叉車全部動力的任務(wù)。此時因為在短時間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中,會導(dǎo)致制動器溫度升高。這就是所謂的制動器的能量負荷。能量負荷愈大,則襯片(襯塊)的磨損愈嚴重。3.4.1比能量耗散率評價制動器的能量負荷常以其比能量耗散率作為指標。比能量耗散率又被稱為能量負荷或單位功負荷,它表示單位摩擦面積在單位時間內(nèi)耗散的能量,單位為。【5】=比能量耗散率式中:——叉車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);——汽車總質(zhì)量;——叉車車制動初速度,;計算時取=19km/h;——制動減速度,,計算時取j=a=;——制動時間,;——前制動器襯片(襯塊)的摩擦面積;在緊急制動到時,并可近似地認為。比能量耗散率過高會引起襯片(襯塊)的急劇磨損,還可能引起制動鼓或制動盤產(chǎn)生龜裂。叉車盤式制動器的比能量耗散率以不大于為宜。符合要求。3.4.2比滑磨功磨損和熱的性能指標也可用襯塊在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功,即比滑磨功來衡量:(3.6)式中:——叉車總質(zhì)量,kg;——叉車最高制動車速,m/s;——車輪制動器各襯塊的總摩擦面積,;——許用比滑磨功,對叉車取600-800J/cm。可求得:,滿足設(shè)計要求。3.5盤式制動器制動力矩的計算盤式制動器的計算用簡圖如圖3.1所示,假設(shè)摩擦襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好,而且各處的單位壓力分布均勻,則盤式制動器的制動力矩為:(3.7)式中:——摩擦系數(shù),取值0.45;N——單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力;R——作用半徑。圖3.2盤式制動器的計算用簡圖設(shè)計采用常見的扇形摩擦襯塊,其徑向尺寸不大,取R平均半徑或有效半徑已足夠精確。如圖所示,平均半徑為:圖3.3鉗盤式制動器的作用半徑計算用圖式中:,——扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。()在任一單元面積上的摩擦力對制動盤中心的力矩為,式中q為襯塊與制動盤之間的單位面積上的壓力,則單側(cè)制動塊作用于制動盤上的制動力矩為(3.8)單側(cè)襯塊給予制動盤的總摩擦力為可以得到有效半徑為令,則有:因,,故。當,,。但是當m過小時,即扇形的徑向?qū)挾冗^大時,摩擦襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差較大,磨損會不均勻,因而單位壓力分布不均勻,則上述計算方法失效。本次設(shè)計取有效半徑為102mm。由上述可求得單側(cè)制動塊壓緊力為:3.6制動性能分析叉車的制動性是指叉車在行駛過程利用外力強制地降低車速直至車輛停止或下長坡時能保持一定車速的能力。3.6.1制動性能評價指標叉車制動性能主要由以下三個方面來評價:1)制動效能,即制動距離和制動減速度;2)制動效能的穩(wěn)定性,即抗衰退性能;3)制動時汽車的方向穩(wěn)定性,即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。3.6.2制動效能制動效能是指在良好路面行駛的情況下,叉車以一定初速度制動到停車的制動距離或制動時叉車的減速度。制動效能是制動性能評價中最基本的指標。制動距離越小,制動減速度越大,叉車的制動效能就越好。(1)制動減速度α假設(shè)叉車在水平的、堅硬的道路上行駛,在不考慮路面附著條件的情況下,制動力是由制動器產(chǎn)生?!?】此時:(3.9)其中——汽車最大制動力矩——車輪有效半徑m——汽車滿載質(zhì)量求得a=2.95m/s>2.57m/s所以符合要求。(2)制動距離S制動距離直接影響著汽車的行駛安全,由下式?jīng)Q定:(3.10)式中:——制動機構(gòu)滯后時間,即踩下制動踏板克服回位彈簧力并消除制動蹄片制動鼓間的間隙所需時間;——制動器制動力增長過程所需時間;——制動器的作用時間,一般在0.2-0.9s之間;——制動初速度,。取20km/小時。
4液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算4.1制動輪缸直徑與工作容積制動輪缸對制動塊或者制動蹄的作用力F與制動輪缸中的液壓以及輪缸直徑有如下關(guān)系:(4.1)式中:——在考慮制動力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或管路液壓的情況下,=8~12MPa,對盤式制動器可再高些。本次設(shè)計制動輪缸液壓取p=12Mpa。對于P因為,另外由T。經(jīng)受力分析可知單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力N應(yīng)等于制動輪缸對制動塊的作用力。求得=5991.29N則d=25.22mm。制動管路液壓在制動時一般不會超過10~12MPa,對盤式制動器要求可再高些。壓力愈高輪缸直徑就愈小,但對管路特別是制動軟管及管接頭則提出了更高的要求,對軟管的耐壓性、強度及接頭的密封性的要求就更加嚴格。根據(jù)GB7524-87輪缸直徑應(yīng)在標準規(guī)定的尺寸系列中選取,輪缸直徑的尺寸系列為:14.5,16,17.5,19,22,24,26,28,30,32,35,38,40,45,50,56mm。故在本設(shè)計中輪缸直徑選為26mm。反算得:p=11.3Mpa一個輪缸的工作容積:(4.2)式中:d——一個輪缸活塞的直徑;n——輪缸的活塞數(shù)目;——一個輪缸活塞在完全制動時的行程:在初步設(shè)計時,對盤式制動器可取=2~2.5mm。(取盤式制動器=2mm)——消除制動蹄(制動塊)與制動鼓(制動盤)間的間隙所需的輪缸活塞行程,對鼓式制動器約等于相應(yīng)制動蹄中部與制動鼓之間的間隙的2倍;——因摩擦襯片(襯塊)變形而引起的輪缸活塞行程,可根據(jù)襯片(襯塊)的厚度、材料彈性模量及單位壓力計算;,——鼓式制動器的蹄與鼓之變形而引起的輪缸活塞行程,試驗確定。全部輪缸的總工作容積:(4.3)式中:m——輪缸數(shù)目。在本設(shè)計中m=2。求得全部輪缸的工作容積:V=V=2122.64mm4.2制動主缸直徑與工作容積主缸的直徑應(yīng)符合系列尺寸,GB7524-87主缸直徑的系列尺寸為:14.5,16,17,19,20.5,22,26,28,32,35,38,42,46mm。制動主缸應(yīng)有的工作容積:(4.4)式中:——制動軟管在液壓下變形而引起的容積增量;——全部輪缸的總工作容積。在初步設(shè)計時,考慮到軟管變形的情況下,貨車取V;轎車制動主缸的工作容積可取V;叉車取V。將V=V=2122.64mm代入得:V主缸活塞直徑和活塞行程可由下式確定:(4.5)一般=(0.8~1.2),取=代入上式得:=14.16mm。在確定主缸容積的時候,應(yīng)考慮到制動器零件的彈性變形、熱變形以及制動襯片或襯塊的正常磨損量等,還應(yīng)考慮到用于制動驅(qū)動系統(tǒng)信號指示的制動液體積。查制動主缸直徑標準,在本設(shè)計中取=14.5mm,=14.5mm。4.3制動踏板力與踏板行程制動踏板力的驗算公式:(4.6)式中:——主缸活塞直徑;——制動管路的液壓;——踏板機構(gòu)傳動比,,一般為2~5;(在本設(shè)計中取4)——踏板機構(gòu)及制動主缸的機械效率,0.85~0.95,本次設(shè)計取0.95。根據(jù)上式得:=564.6<700N所以不需要加裝助力器。制動踏板的工作行程為:(4.7)式中:——主缸中推桿與活塞間的間隙;(取=2mm)——主缸活塞空行程,即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。(取=1mm)將上述代入得:x踏板全行程對轎車不應(yīng)超過100mm-150mm,對貨車不應(yīng)該超過170mm-180mm,符合設(shè)計要求。
5駐車制動系統(tǒng)5.1駐車制動系統(tǒng)簡述叉車制動器按其在叉車上的位置分為中央制動器和車輪制動器,前者安裝在變速器輸出端,后者安裝在車輪處,利用手拉操縱桿進行操縱,故又被稱為手制動系統(tǒng)。由于中小噸位叉車的結(jié)構(gòu)緊湊,往往把停車制動附在腳制動上,這樣形成了兩套操縱系統(tǒng)共用一套制動器的局面。這樣做雖然離兩套制動系統(tǒng)的要求有一定差距,但由于中小噸位叉車采用剛性連接的傳統(tǒng)系統(tǒng)時,確實沒法安排中央盤式停車制動器,加上叉車的車速比較低,大家也就這么用著。好在手制動采用機械式制動操作系統(tǒng),可靠性比較高,能對腳制動的人力液壓式制動系統(tǒng)起到一定的備份作用。本次設(shè)計布置上采用中央盤式停車制動器,駐車制動的操縱均采用的機械式。由于位于變速器輸出端,與驅(qū)動車輪之間有驅(qū)動橋主傳動速比,因此需要的制動力矩比較小,制動操縱力也就比較小。5.2駐車制動系統(tǒng)設(shè)計計算設(shè)計手剎時應(yīng)把其在極限位置處進行建模計算,叉車的極限位置是其處在最大爬坡度時,其所應(yīng)克服的轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩,也就是設(shè)計計算所用到的轉(zhuǎn)矩,叉車的最大爬坡度是指其載有額定起重量時,以最低穩(wěn)定速度(>2km/h)所能爬上的長為規(guī)定的最陡坡道的坡度值。本次設(shè)計最大爬坡度為18%,采用實心盤,盤厚為15mm,直徑240mm。如圖所示,當叉車停在斜坡上時,應(yīng)有沿坡道牽引力F=mgsina。則F=53059.8sina=9358.02N圖5.1叉車在斜坡受力分析若想讓叉車停止在此坡道上,則制動器所能提供的制動力矩應(yīng)能克服其重力沿坡道向下分力所產(chǎn)生的力矩。應(yīng)有T=Fr。其中r為車輪有效半徑,則T=9358.020.3380.97=3068.12N.m因此安裝在減速器末端的中央盤式制動器所需產(chǎn)生的力矩為:標準規(guī)定:手制動為駐坡。(5.1)手制動力矩:因為460>322.76,即計算制動力矩大于規(guī)定制動力矩。所以,設(shè)計符合要求。中央盤式制動器的制動原理跟行車盤式制動系統(tǒng)的設(shè)計過程大體一樣,都是先計算制動力矩,然后根據(jù)制動力矩確定作用在盤上的壓緊力,再根據(jù)壓緊力設(shè)置合理的省力裝置,直至達到要求。不同點就是制動力矩所滿足的條件不同,行車制動系統(tǒng)需滿足叉車空載以20km/h的速度行駛,制動距離小于6m;停車制動系統(tǒng)要求其處在最大爬坡度時能可靠停住。
6制動器三維模型6.1CATIA的簡介CATIA是法國DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件,居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,廣泛應(yīng)用于造船、航空航天、汽車制造、電子電器、機械制造等行業(yè)。它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域,其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動著企業(yè)競爭力和生產(chǎn)力的提高。為迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要,CATIA能提供方便的解決方案。大到大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機,小到化妝品的包裝盒,幾乎涵蓋了世界上所有的制造業(yè)產(chǎn)品。CATIA源于航空航天業(yè),但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可,在歐洲汽車業(yè),已成為事實上的標準。CATIA的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機公司使用CATIA完成了整個波音777的電子裝配,創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡,從而也確定了CATIA在CAD/CAE/CAM行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分,CATIA可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品,并支持從項目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。CATIA擁有先進的混合建模技術(shù),在CATIA的設(shè)計環(huán)境中,無論是實體還是曲面,做到了真正的交互操作,還能進行變量和參數(shù)化混合建模;并行工程的設(shè)計環(huán)境也使得產(chǎn)品設(shè)計周期大大縮短;CATIA提供了完備的設(shè)計能力,其覆蓋了產(chǎn)品開發(fā)的整個過程。6.2制動器三維建模繪制制動器的三維建模,思路是先繪制各零件然后再進行裝配。圖6.1制動盤草圖如圖6.1所示是繪制制動盤的草圖,然后將其進行凸臺操作,并設(shè)置厚度。以同樣的操作繪制制動盤下表面部分。再將其中一個三維圖隱藏,在另一個的草圖上繪制通風孔,可以應(yīng)用矩陣的方法將通風孔覆蓋整個表面,以同樣的方法在另一個三維圖上繪制通風孔,如圖6.2所示。圖6.2通風孔再在三維界面選擇上表面,進行第二步的草圖繪制,同樣是凸臺然后得到制動盤突出的一部分。圖6.3草圖選擇剛剛繪制的制動盤的三維圖初稿,然后在草圖里添加通風盤的上下表面連接部分,如圖6.3所示。然后同樣以矩陣的方法得到其他部分。最終得到通風盤的建模,如圖6.4所示。圖6.4通風盤接著是對制動鉗
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