丰田COLLORA车盘式制动器设计

摘 要国内汽车市场迅速发展，随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。因此，如何开发出高性能的制动系统，为安全行驶提供保障是我们要解决的主要问题。另外，随着汽车市场竞争的加剧，如何缩短产品开发周期、提高设计效率，降低成本等，提高产品的市场竞争力，已经成为企业成功的关键。主要根据已有的丰田先介绍了汽车制动系统的结构、分类，并通过对盘式制动器的结构及优缺点进行分析。确定方案采用液压双回路盘式制动器。进行前后制动器、制动主缸的设计计算，主要部件的参数选择及制动管路布置形式，确立了键词：制动器；盘式制动器；塞；同步系数of of of to a to is we of to to to to of a to of of on in of s to of is At of s of 摘要. .论.制动器的介绍与特点.国内汽车盘式制动器应用情况. 2第2章 制动器的设计原则.汽车盘式制动器.卡罗拉盘式制动器的结构与工作原理. . .动器结构设计. .制动系统的主要参数选择及计算. . . .制动器主要零件的结构设计.本章小结.动系统驱动机构的设计.制动轮缸设计. . . . .制动踏板力与踏板行程.真空助力器.制动力分配调节装置.本章小结. 式制动器在汽车上已经越来越多地被采用，特别是在轿车上已被广泛采用。盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。汽车制动系可分为行车、驻车、应急、辅助内部分装置。任何制动装置都具有供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个部分组成。较为完善的制动系还具有制动力调节装置，以及报警装置、压力保持装置。盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。制动盘装在轮级上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动。现在，盘式制动器在汽车上已经越来越多地被采用，特别是在轿车上已被广泛采用，在很多中高级轿车上，前后轮都已经采用盘式制动器。盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。按摩擦副中固定元件结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式。固定钳盘式在汽车上用的最早（50年代就开始使用），优点是：除活塞和制动块外无滑动件，这易保证钳的刚度，易实现从鼓式到盘式的改进，也能适用分路系统的要求。近年来，由于汽车性能要求的提高，固定钳盘式的缺点，暴露较明显，因而导致浮动钳（特别是滑动钳）的迅速发展。首先，固定钳至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，所以须有横跨的内部油道或外部油道来连通，这就使制动器的径向和轴向尺寸加大，布置也较难；而浮动钳的外侧无油缸，可将制动器进一步移进轮毂；其次，在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会。所以制动温度可以比固定钳低30又采用浮动钳可将活塞和油缸等精密件减去一半，造价大为降低。别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采应用盘式制动器配置才逐步在我国形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。1）在轿车、微型车、轻卡、从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。目前大部分轿车(中档类如夏利、吉利、神龙富康、捷达)、微型车（长安之星、昌河、丰田海狮、天津华利、江铃全顺）、高端轻卡（东风小霸王、江铃、瑞风、南京依维柯）、南长丰、江铃皮卡）等采用前盘后鼓式混合制动器。2004年我国共产此类车计110万辆以上。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，特别上国家安全法规的强制实施，前后轮都用盘式制动器是趋势。2）在大型客车方面：气压盘式制动器产品技术先进性明显，可靠性总体良好，具有创新性和技术标准的集成性。欧美国家自上世纪90年代初开始将盘式制动器用于大型公交车。至2000年，盘式制动器（前后制动均为盘式）已经成为欧美国家城市公交车的标准配置。我国从1997年开始在大客车和载重车上推广盘式制动器及 进口产品价格太高，主要用于高端产品。2004年7月1日交通部强制在7客车上 “必须”配备后，国产盘式制动器得以大行其道。北京公交电车公司、上海公交、武汉公交、长沙公交、深圳公交、广州公交等公司，都在使用为大客车匹配的气压盘式制动器。生产厂家主要有：宇通公司2004年产20000多辆客车，其中使用盘式制动器的客车已占一半多；宇通公司自制底盘部份是由二汽在年有10000多套。二汽东风车桥用宇通公司最大的气压盘式制动器桥供应商。宇通公司每年需在一汽采客车底盘3000多台，一汽客底2004年供了2000多台，其中带盘式制动器占一半以上。如一汽客底采用41吨420后桥装在6100（10米）豪华客车上； 7吨盘式前桥与13吨435后桥配装在6120（12米）豪华客车上等，都是宇通公司市场前景较好，利润附加值很高的车型。江苏金龙客车的7客车客车采用湖桥供带盘式制动器的车桥2004年在5500台左右。厦门金龙客车10客车以上客车、丹东黄海客车10客车、安徽凯斯鲍尔等等国内知名的大型厂家均已在批量生产带盘式制动器的高档客车。3）重型汽车方面：作为重型汽车行业应用型新技术，气压盘式制动器的已经属成熟产品，目前具有广泛应用的前景。2004年3月红岩公司率先在国内重卡行业中完成了对气压盘式制动器总成的开发。2005年元月份中国重汽卡车事业部在提升和改进卡车底盘的过程中，在桥箱事业部配合下，压盘式制动器在重汽斯太尔卡车前桥上的成功“嫁接”，解决了令整车厂及用户困扰已久的传统鼓式制动器制动啸叫、频繁制动时制动蹄片易磨损、雨天制动效能降低等一系列问题。气压盘式制动器首次在斯太尔卡车前桥上的应用，也为今后开发重汽高速卡车提供了经验和技术储备。与此同时陕西重汽、北汽福田、一汽解放、东风公司、江淮汽车等国内大型汽车厂均完成了盘式制动器在重型汽车方面的前期型试试验及技术贮备工作，盘式制动器在某些方面可以说成为未来重卡制动系统匹配发展的新趋势。综合以上各项，参照所给参数以现代汽车上实际采用的型式，确定设计的浮动钳盘式制动器在市场是有很大的开发前景的。第2章 制动器的设计原则汽车制动系统总体方案设计，主要涉及制动器的结构型式选择，制动驱动机构的结构型式选择，制动管路布置结构型式的选择等三个方面。式制动器可分为钳盘式和全盘式。固定钳盘式在汽车上用的最早（50年代就开始使用），优点是：除活塞和制动块外无滑动件，这易保证钳的刚度，易实现从鼓式到盘式的改进，也能适用分路系统的要求。近年来，由于汽车性能要求的提高，固定钳盘式的缺点，暴露较明显，因而导致浮动钳（特别是滑动钳）的迅速发展。首先，固定钳至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，所以须有横跨的内部油道或外部油道来连通，这就使制动器的径向和轴向尺寸加大，布置也较难；而浮动钳的外侧无油缸，可将制动器进一步移进轮毂；其次，在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会。所以制动温度可以比固定钳低30采用浮动钳可将活塞和油缸等精密件减去一半，造价大为降低。综合以上各项，参照所给参数以现代汽车上实际采用的型式，确定本设计的前轮制动器为浮动钳盘式制动器。动钳壳体2用螺栓5与支架1相连接，螺栓5兼作导向销。支架1固定在前悬架焊接总成(亦称车轮轴承壳体)的法兰板上，壳体2可沿导向销与支架作轴向相对移动。支架固定在车轴上，摩擦块11和12布置在制动盘13的两侧。制动分泵8设在制动钳内。制动时，制动钳内油缸活塞8在液压力作用下推动内摩擦块12，压靠到制动盘内侧表面后，作用于分泵底部的液压力使制动钳壳体在导向销上移动，推动外摩擦块11压向制动盘的外侧表面。内、外摩擦块在液压作用下，将制动盘的两侧面紧紧夹住。由于制动盘是紧固在前轮毂上的，因此实现了前轮的制动。前制动器的制动间隙是自动调节的。它是利用分泵活塞密封圈4的弹性变形来实现的。制动时，橡胶密封圈变形，制动一结束，密封圈恢复原状，活塞在弹性作用下回到原位。在制动盘和内、外摩擦块磨损后引起制动间隙变大，超过活塞8的设定行程时，活塞在制动液压力作用下克服密封圈的摩擦阻力继续向前移，直到完全制动为止。活塞和密封圈之间的相对位移补偿了过量的间隙，制动间隙一般单边图 罗拉前轮盘式制动器1车轮螺栓 2制动盘 3挡尘盘螺栓 4挡尘盘 5转向节6弹簧片 7制动衬块 8制动钳壳体 9套筒（下） 10衬套（下）11隔离衬套（下）12隔离衬套（上） 13紧固螺栓（下）罗拉前轮盘式制动器1支架 2制动钳壳体 3活塞防尘罩 4活塞密封圈 5螺栓6导套 7导向销防尘罩 8活塞 9止动弹簧 10放气螺栓11外侧摩擦块12内侧摩擦块 13制动盘14紧固螺栓（上） 15衬套（上） 16套筒（上）、外摩擦块的材料采用以石棉为主、混合树脂并与树脂结合的材料与钢板通过螺栓连接在一起制成的。动器效能，指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。在评比不同结构形式的制动器效能时，常用一种称为制动效能因数的无因次指标。制动效能因数的定义为：在制动鼓和制动盘的作用半径上所得到的摩擦利于输入力之比。2 制动器效能恒定性，即汽车高速行使或下长坡连续制动时汽车制动效能保持的程度。如前所述，影响摩擦因数的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面温度和水湿程度。因为制动过程是及时把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制动效能，已成为设计汽车制动器时要考虑的一个重要问题。由于领蹄的效能因数大于从蹄，稳定性却比从蹄差，因此各种鼓式制动器的效能因数取决于两蹄的效能因数，故就整个鼓式制动器而言，也在不同程度上存在着效能本身与其稳定性的矛盾。而盘式制动器的制动效能最为稳定。要求制动器的热稳定性好，除选择其效能因数对摩擦系数敏感性较低的制动器类型外，还要求摩擦材料有较好的抗热衰退性和恢复性，并且应使制动鼓（制动盘）有足够的热容量和散热能力。3 制动器间隙调整，是汽车保养作业较为频繁的项目之一。故选择调整装置的结构形式和安装位置必须保证调整操作方便。最好采用间隙自动装置。4 制动器的尺寸和质量。随着现代汽车车速的日益提高，处于汽车行驶稳定性的考虑，轮胎尺寸往往选择较小。这样，为了保证所要求的制动力矩而确定的制动鼓（制动盘）直径就可能过大而难以在轮毂内安装。因而应选择尺寸小而效能高的制动器形式。对于高速轿车，为提高制动时的稳定性，在前悬架（独立悬架）设计中，一般采用较小的主销偏移距。为此，前制动器位置有时不得不外移到更靠近轮毂，导致其布置困难。车轮制动器为非簧载质量，故应尽可能减轻其质量，以改善行驶平顺性。5 噪音的减轻。制动噪音的现象很复杂。大致来说，噪音分为低频高频两种。在低频噪音中，常遇到的是制动时停车的喀擦声，这主要是由制动鼓或者制动钳的共振造成的。高频噪声一般可通过制动蹄或制动盘共振产生。或者是由于摩擦衬片或衬块弹性震动造成的。影响的噪声的主要因素是摩擦材料的摩擦特性，即动摩擦系数对摩擦速度的变化关系。动摩擦系数随速度的增高而减低的程度愈大，愈易激发震动而产生噪声。此外，制动器输入压力越大，噪声也越大，而压力高大一定程度以后则不再有噪声。制动温度对噪声也有影响。在制动器的设计中采取某种措施，可以在相当的程度上消除某种噪声，特别是低频噪声。对高频的建交省的消除，目前还比较困难。应当注意，为消除噪声而采取的某种措施，有可能产生制动力矩的下降和踏板行程损失等副作用。点：为液压系统内系统内压力相等，左右轮制动同时进行；轮，因为前、后轮分泵可以做出不同直径；点：系统失效；温则汽化；综合来看，油压制动还是可取的，且得到了广泛的应用。车制动应至少有两套独立的驱动制动器的管路。汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路型式：1 一轴对一轴（）型，（图a），前轴制动器与后桥制动器各用一个回路；2交2叉（X）型，前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路；3 一轴半对半轴（图c），每侧前制动器的半数轮缸和全部后制动器轮缸属于一个回路，其余的前轮缸则属于另一个回路；4 半轴一轮对半轴一轮（图d），两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器作用；5 双半轴对双半轴（图e），每个回路均只对每个前后制动器的半数轮缸起作用。其中型的管路布置最为简单，成本较低，目前在各种汽车特别是在货车上用的最广泛。但这种型式后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯能力。行制动时任何一回路失效，同的双管路系统布置常值的50。但一旦某一管路损坏则造成制动力不对称，使汽车丧生稳定性。因此该方案适用于主销偏移距为负值的汽车上，以改善汽车稳定性。H、次设计不予考虑。车盘式制动器分类，捷达轿车浮动钳盘式制动器的结构与工作原理。叙述了制动器设计的一般原则以及驱动机构的选择、制动管路的选择。通过查阅资料、书籍使我更深的了解了盘式制动器的结构也工作原理，掌握了基本的设计方向。第3章 车制动必须作用在车辆的所有的车轮上。2600整车整备质量（1335满载质量（1805最小离地间隙（160最大扭矩(Nm) 有在附着系数等于同步附着系数0 的路面上，前、后车轮制动器才会同时抱死，当汽车在不同值的路面上制动时，可能有以下三种情况4。（1）当 0 时线在动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；（2）当 0 时线位于动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性；（3）当 0 时制动时汽车前、后轮同时抱死，这时也是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。为了防止汽车制动时前轮失去转向能力和后轮产生侧滑，希望在制动过程中，在即将出现车轮抱死但尚无任何车轮抱死时的制动减速度为该车可能产生的最高减速度。分析表明，汽车在同步附着系数 0 的路面上制动（前、后车轮同时抱死）时，其制动减速度为 ，即 0q ，其他附着系数 的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度 q 。这表明只有在 0 的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。附着条件的利用情况可以用附着系数利用率（或称附着力利用率）来表示，可定 (中： 汽车总的地面制动力（N）；G汽车所受重力(N)；q汽车制动强度(N)。当 0 时， 0q ， 1 ，利用率最高。现代的道路条件大为改善，汽车行驶速度也大为提高，因而汽车因制动时后轮先抱死的后果十分严重。由于车速高，它不仅会引起侧滑甚至甩尾会发生掉头而丧失操纵稳定性，因此后轮先抱死的情况是最不希望发生的，所以各类轿车和一般载货汽车的 0 值均有增大趋势。国外有关文献推荐满载时的同步附着系数：轿车取 ；货车取 为宜。我国999附录A制动力在车轴（桥）之间的分配及挂车之间制动协调性要求中 定了除 1M 、 1N 外其他类型汽车制动强度的要求。各轴的附着利用曲线位于公式 q 确定的与理想附着系数利用直线平行的两条直线（间，则认为满足 件要求；对于制动强度 3.0q ，若后轴附着利用曲线能满足公式) q ，则认为满足 3A 。参考与同类车型的 0 值，取 。M 、 1N ，已知：L hL （中： L汽车轴距， 2600L 制动力分配系数；1L满载时汽车质心距前轴中心的距离(M)；1L满载时汽车质心距后轴中心的距离(M)；满载时汽车质心高度(M)。求得： 进而求得)1(2 （中： 1q 制动强度(N)；1前轴最大制动力矩（2后轴最大制动力矩（车轮有效半径(M)；G汽车满载质量(01 1 q 637)1(2 1 （减速度 J= 中： 总M 902=满载质量1785m/2s ，所以符合要求2、制动距离在匀减速制动时，距离 254)2 (21 （中： 1t消除制动盘与衬块间隙时间，t 制动力增长过程所需时间，=30km/2543030) 以符合要求。动盘直径时制动盘的有效半径得以增大，就可以降低制动钳的夹紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。但制动盘的直径常，制动盘的直径79，而总质量大于2516 根据制动盘直径 D 动盘厚度使质量不致太大，制动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度又不宜过小。根据根据h=30。车总质量 /am t 单个制动器摩擦面积 /A 00100 300200客车与货车 00120 250150 （多为 200150 ）400250 650300 1000550 1500600（多为 1200600 ）擦衬块内半径 1找到引用源。与内半径 1R 此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。取摩擦衬块外半径 302 ，内半径 171 擦衬块工作面积2 /6.1 围内选取。汽车空载质量为1335前轮空载载荷为800以，800/()A800/() 2 即57A125 2则衬块工作面积： 2122 2擦衬片的磨损特性计算摩擦衬片的磨损，与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。汽车的制动过程是将其机械能(动能、势能)的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则衬片的磨损愈严重。制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为W/轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为 1 22211 2 )(21 tA a (中： 汽车回转质量换算系数 2v =0 =1;汽车总质量（1v ， 2v 汽车制动初速度与终速度， 1v =s;j制动减速度，m/算时取j=t制动时间，s； 721 制动器衬片的摩擦面积( 2；制动力分配系数。在紧急制动到 02 v 时，并可近似地认为 1 ，则有 21211 W/7133521221 能量耗散率过高，不仅会加速制动衬片的磨损，而且可能引起制动鼓或盘的龟裂。保证各安装零件相互间的正确位置。制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，故应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板都具有凹凸起伏的形状。刚度不足会导致制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。因此，本设计制动底板采用热轧钢板冲压成形，制动底板的厚度取5制动轮缸液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的缸体由灰铸铁缸筒为通孔，需搪磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领蹄式制动器的两蹄则各用一个单活塞制动轮缸推动。由于采用的是领从蹄式的制动器，缸体材料采用个活塞推动。结构形状有平板形和礼帽形两种。后一种的圆柱部分长度取决于布置尺寸。为了改善冷却，有的钳盘式制动器的制动盘铸成中间有径向通风槽的双层盘，可大大增加散热面积，但盘的整体厚度较大。制动盘的工作表面应光滑平整。面摆差不应大于 设计采用通风式制动盘。2或球墨铸铁 8制造，也有用轻合金制造的，可做成整体的，也可做成两个由螺栓连接。其外缘留有开口，以便不必拆下制动钳便可检查或更换制动块。制动钳体应有高的强度和刚度。一般多在钳体中加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。为了减少传给制动液的热量，多将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。活塞由铸铝合金或钢制造。为了提高耐磨损性能，活塞的工作表面进行镀铬处理。热衰退性能好，不能在温度升到某一数值后摩