汽车制动系统的设计及仿真

毕业设计汽车制动系统的设计及仿真张菁乙102012202机械工程系学生姓名： 学号：机械电子工程系 部：专 业：刘晓指导教师：二一四年 六月诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目：汽车制动系统设计及仿真系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：102012202学生：张菁乙指导教师（含职称）：刘晓（讲师）专业负责人：张焕梅1 设计的主要任务及目标汽车制动器是制动系中最重要的一个部件，是制动系统中用以产生阻碍汽车运动或运动趋势的力的部件。凡是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。2设计的基本要求和内容（1）了解汽车制动系统的工作过程。（2）熟悉汽车制动系统的设计过程和设计参数。（3）结合汽车制动性能要求设计汽车制动器。（4）结合三维建模软件，并实现制动器的运动仿真。3主要参考文献1 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社,2004 2 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2003 3 陈家瑞.汽车构造M.北京:机械工业出版社,2003 4 林秉华.最新汽车设计实用手册M,黑龙江:黑龙江出版社,2005 5 张尉林.汽车制动系统的分析与设计M.北京:机械工业出社,20024进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅资料，学习制动器系统的设计思路2013.122014.01 2撰写开题报告，进行开题答辩2014.022014.033计算设计参数，设计汽车制动器2014.042014.044系统软件设计，绘制三维图2014.052014.055毕业设计总体修改，进行毕业答辩2014.052014.06注：一式4份，系部、指导教师各1份、学生2份：毕业设计及答辩评分表各一份汽车制动系统的设计及仿真摘要：汽车的制动系是汽车行车安全的保证，许多制动法规对制动系提出了许多详细而具体的要求，这是我们设计的出发点。从制动器的功用及设计的要求出发，依据给定的设计参数，进行了方案论证。对各种形式的制动器的优缺点进行了比较后，选择了浮动钳盘的形式。这样，制动系有较高的制动效能和较高的效能因素稳定性。随后，对盘式制动器的具体结构的设计过程进行了详尽的阐述。选择了简单液压驱动机构和双管路系统，选用了间隙自动调节装置。在设计计算部分，选择了几个结构参数，计算了制动系的主要参数，盘式制动器相关零件的设计计算。关键词: 制动器，同步附着系数，制动盘，制动钳 Automobile brake system design and simulationAbstracts：The braking system in a vehicle guaranteed the safety of driving .Many rules and regulations have been made for the braking system in detail, which is the starting of our design.Firstly, I demonstrate the project on the base of the function of the brake, And analysis their strong point and shortcomings .I choose the form of front-disked. In this way, the braking system have higher braking efficiency and high stability of the performance factors. Subsequently, the specific structure of the disc brake design was elaborated in detail.I designed the hydraulic drive system and two-pipe system and selected clearance automatic adjusting device.In the calculate part .I chosen several structural parameters, calculated the main parameters of the braking system drive mechanism.Key words：disc brakes，synchronous attachment coefficient，brake disc，brake caliper目 录1 绪论11.1 课题研究的目的及意义11.2制动系统研究现状11.3课题设计思路32制动系统概述52.1制动系的类型52.2汽车制动系统组成52.3 制动器的组成62.4 制动器的要求62.5 制动器的种类83 汽车参数计算153.1汽车的基本参数153.2 制动系的主要参数及其选择163.3 盘式制动器的结构参数与摩擦系数的确定173.4 制动衬块的设计计算193.5 摩擦衬块磨损特性的计算204 制动器主要零件的结构设计224.2 制动钳224.4 摩擦材料224.5 盘式制动器间隙的调整方法及相应机构234.6 制动驱动机构的结构型式选择与设计计算23结 论26参考文献27致 谢28附 录29II3太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 课题研究的目的及意义汽车的设计与生产涉及到许多领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能、长寿命的制动系统。其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响，如果此系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务3。现代汽车普遍采用的摩擦式制动器的实际工作性能是整个制动系中最复杂、最不稳定的因素，因此改进制动器机构、解决制约其性能的突出问题具有非常重要的意义。1.2制动系统研究现状目前，车辆主要还是采用盘式和鼓式制动的组合形式。虽然盘式制动器的使用经济性现状有所提高，但是与鼓式制动器比起来还是贵很多。当然，气压盘式制动器的性能更优越，内衬的使用寿命更长，维修间隔和保养技术有进一步提升。摩擦材料现在更大程度的向有机材料类型转变，这对盘式制动器的发展来说是一个契机，可以使得气压盘式制动器在更高的温度下运行，而鼓式制动器的材料是不能承受这样的温度的。鼓式制动器的发展已经达到了最高限度。因此，汽车制动器未来的发展重点是浮钳式盘式制动器。尤其是在前轮安装的通风盘式制动器又是发展重点。另外，作为需要再增大制动力的一种制动产品，双盘式制动器在商用车应用的气压式双盘式制动器将是未来的发展方向。后轮盘式制动器中，带驻车制动器功能的盘中鼓式制动器将是未来发展的一种趋势。随着BBW技术的发展，盘式电动制动器是未来发展的重点方向。在材料选择方面：80年代以前，国内外都主要采用有石棉树脂型摩擦材料用于汽车制动，但因石棉摩擦产生有毒粉尘吸入人体后对肺产生影响，以及产生环境污染，同时在高速、高温下，石棉材料的强度、摩擦系数、耐磨性能等均下降，因此，汽车制动系无石棉化已是一种必然的发展趋势。国外从70年代就开始禁止采用石棉做制动材料，我国在1999年修改的GB126761999法规也明确规定“2003年10月1日之后，制动衬片应不含石棉”。目前国际上第三代摩擦材料诞生无石棉有机物NAO片。主要使用玻璃纤维、芬香族聚酰纤维或其他纤维作为加固材料。其主要优点是：无论在低温还是高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，代表目前摩擦材料的发展方向。目前国内多以半金属纤维增强复合摩擦材料应用最为普遍。但一些企业和地方根据本地特点，也在研究新型摩擦材料，比如有河北够工业大学所承担的科研项目“代替石棉制品汽车制动摩擦片的研制”中，采用当地的海泡石纤维来研制摩擦材料取得初步成功；西安交大和广东省东方剑麻集团有限公司联合研制采用剑麻作为增强纤维也初步取得成功，根据报道该制动器摩擦系数、磨损率、硬度、冲击韧性等各项性能均能达到国家标准、具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。另外，国内还有人研究采用水镁石做摩擦材料。不同的纤维有不同的优缺点，因此研制一种比较符合各种要求的摩擦材料也就成为人们的追求。但不管如何，未来汽车制动摩擦材料必须是环保化、安全化、轻量化以及低成本的原则。另外，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的液压为主的传统控制系统。同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸在不断下降。汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动平稳系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。1.3课题设计思路制动器是制动系中最主要的一个部件，是制动系统中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。凡是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩擦制动器，摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转件为制动鼓，其工作表面为圆柱面，如图1-1（a）；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面，如图1-1（b）。（a） （b)图1-1制动鼓与制动盘目前广泛使用的是摩擦式制动器,盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器；摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛，仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器.主要设计步骤：1. 阅读汽车制动器的相关文献，了解制动器的工作原理；2. 明确设计范围和方向，将设计目标明确为浮动钳盘式制动器；3. 根据汽车基本参数，计算制动器零件的相关参数；4. 根据参数，通过solidworks软件进行三维建模,并实现运动仿真。2制动系统概述2.1制动系的类型一般汽车制动系包括两套独立的系统：驻车制动系统和行车制动系统。驻车制动系统是由驾驶员用手操作的，又称为手制动系。它的功能是使已经停下来的汽车驻留原地不动，如斜坡等各种路面。行车制动系统是由驾驶员用脚来操纵的，因此也被称为脚制动系统。它的功能是使正在行驶中的汽车减速或者在最短的距离内停车。在紧急情况下，两套制动系统可以同时使用，从而增大汽车的制动效果。经常在山区行驶的汽车或者某些特殊用途的汽车，为提高行车安全，减轻制动器的磨损，还应备有辅助制动系统，在下坡时用来稳定车速。根据制动能源来分类，制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统、伺服制动系统。以驾驶员作为唯一制动来源的系统成为人力制动系统。由发动机的动力转化为气压或液压作为制动能源的制动系称为动力制动系统。兼用人力和发电机作为制动能源的制动系统称为伺服制动体统1。2.2汽车制动系统组成任何制动系都是具有以下四个基本组成部分：（1）供能装置 包括供给、调节制动所需的能量以及改善传能介质状态的各种部件。其中，产生制动能量的部分称为制动能源。人的肌肤也可作为制动能源。（2）控制装置 包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。（3）传动装置 包括将制动能量传输到制动器的各个部件。（4）制动器 是产生阻碍车辆的运动活运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系中的缓速装置。目前较为完善的制动系还具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置2。如图2-1所示。1-制动助力器；2-制动灯开关；3-驻车制动与行车制动警示灯；4-驻车制动接触装置；5-后轮制动器 6-制动灯；7-驻车制动踏板；8-制动踏板；9-制动主缸；10-制动钳；11-发动机气管；12-低压管；13-制动盘图2-1 汽车制动系统组成2.3 制动器的组成任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。目前，各类汽车上都是采用的摩擦制动器。它是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦作用产生制动力矩的制动器。如果制动器的旋转元件固定在车轮上，制动力矩直接作用在车轮上的制动器称之为车轮制动器。若制动器的旋转元件固定在传动轴上，制动力矩需要经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器。中央制动器一般用于驻车制动。根据汽车旋转元件的不同，车轮制动器可分为鼓式和盘式两类3。2.4 制动器的要求汽车制动系应满足如下要求。(1)应能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象所在国家和地区的法规和用户要求。(2)具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速度和制动距离驻坡效能是以汽车在良好的路面上能可靠而无时间限制地停驻的最大坡度()来衡量的，一般应大于25。(3)工作可靠。为此，汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的制动驱动机构应是各自独立的，而行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。(4)制动效能的热稳定性好。汽车的高速制动、短时间的频繁重复制动，尤其是下长坡时的连续制动，均会引起制动器的温升过快，温度过高。特别是下长坡时的独立的管路可使制动器摩擦副的温度达到300400有时甚至高达700。此时，制动器的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生所谓的热衰退现象。制动器发热衰退，经过散热、降温和一定次数的缓和使用，使摩擦表面得到磨合，其制动效能重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。(5)制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用而使摩擦副的摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后反复制动515次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料的吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。另外也应防止泥沙、污物等进入制动器摩擦副工作表面，否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野汽车为了防止水和泥沙进入而采用封闭制动器的措施。(6)制动时的汽车操纵稳定性好。即以任何速度制动，汽车均不应失去操纵性和方向稳定性。为此。汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一车轴上的左、右车轮制动器的制动力矩应相同。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；当后轮抱死而侧滑甩尾时，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过15时，会在制动时发生汽车跑偏。(7)制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适，能减少疲劳。踏板行程：对轿车应不大于150mm；对货车应不大于170mm，其中考虑了摩擦衬片或衬块的容许磨损量。制动手柄行程应不大于160mm200mm。各国法规规定，制动的最大踏板力一般为500N(轿车)700N(货车)。设计时，紧急制动(约占制动总次数的510)踏板力的选取范围：轿车为200N300N货车为350N550N采用伺服制动或动力制动装置时取其小值。应急制动时的手柄拉力以不大于400N500N为宜；驻车制动的手柄拉力应不大于500N(轿车)700N(货车)。(8)作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间(解除制动滞后时间)。(9)制动时不应产生振动和噪声。(10)与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。(11)制动系中应有音响或光信号等警报装置，以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置，例如一旦主、挂车之间的连接制动管路损坏，应有防止压缩空气继续漏失的装置；在行驶过程中挂车一旦脱挂，亦应有安全装置驱使驻车制动将其停驻。(12)能全天候使用。气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时，气制动管路不应出现结冰现象。(13)制动系的机件应使用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维8。2.5 制动器的种类2.5.1鼓式制动器鼓式制动器是利用制动蹄片挤压制动鼓来获得制动力的，分为内张式和外束式两种。内张鼓式制动器是以制动鼓的内圆柱面为工作表面，现代汽车上广泛使用内张蹄鼓式制动器。按照驱动制动蹄张开装置（也称为促动装置）的形式不同，鼓式制动器可分为轮缸式制动器和凸轮式制动器。前者是以液压轮缸作为制动蹄促动装置，后者以凸轮作为促动装置。鼓式制动器按照制动蹄的受力情况不同，可分为领从蹄式（轮缸促动、凸轮促动）、双领蹄式（单向作用和双向作用）、自动增力式三种7。（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式图2-2 鼓式制动器（1） 领从蹄式制动器如图2-2（a）（b）所示，若图上方的旋转箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向（制动鼓正向旋转），则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应地使领蹄与从蹄也相互对调了。这种当制动鼓正、反方向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄式制动器。领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”的作用，故又称为增势蹄；而从蹄受到的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，又称为减势蹄。“增势”作用是领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒车的制动性能不变，且结构简单造价较低，也便于附装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前后轮制动器及轿车的后轮制动器。（2） 双领蹄式制动器若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄式制动器。显然，当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又称为单向领蹄式制动器。如图2-2（c）所示，两制动蹄各用一个活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板为中心做对称布置的，因此，两蹄对制动鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式制动器。双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时则变成双从蹄式，使制动效能降低。这种结构常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动时，前轴的附着力大于后轴，倒车时则相反。（3）双向双领蹄式制动器如图2-2（d）当制动鼓正向和反向旋转时，两制动器均为领蹄式制动器时则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡制动器。由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前后车轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动。图2-3 双向双领蹄式制动器（4） 单向增力式制动器如图2-2（e）单向增力式制动器如图所示，两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支撑其上端制动底板上的支撑销上。由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一种非平衡式制动器。单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。因此，它仅用于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。（5） 双向增力式制动器如图2-2（f）将单向增力式制动器的活塞式制动轮缸换成双活塞式制动轮缸，其上端的支撑销也作为两蹄共用的，则成为双向增力式制动器。对双向增力式制动器来说，无论汽车前进还是后退，该制动器均为增力式制动器。双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多，而且常常将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器。但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。双向增力式制动器也广泛用作汽车的中央制动器，因为之车制动要求制动器正向、反向的制动效能很高，而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温，故其热衰退问题并不突出6。2.5.2 盘式制动器按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器分为钳盘式和全盘式制动器两大类。钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块，后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。两块制动块之间装有作为旋转元件的制动盘，制动盘用螺栓固定于轮毂上。制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小，在盘上所占的中心角一般仅约3050，因此这种盘式制动器又称为点盘式制动器。其结构较简单，质量小，散热性较好，且借助于制动盘的离心力作用易于将泥水、污物等甩掉，维修也方便。但由于摩擦衬块的面积较小，制动时其单位压力很高，摩擦面的温度较高，故对摩擦材料的要求较高。1转向节（或桥壳）2调整垫片3活塞4制动块总成5-导向支承销 6制动钳体7轮辋8回位弹簧9制动盘10轮毂图2-4 固定钳式盘式制动器全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触。其工作原理如摩擦离合器，故又称为离合器式制动器。用得较多的是多片全盘式制动器，以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差，故多为油冷式，结构较复杂。钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为以下几种：（1）固定钳式盘式制动器如图2-4所示，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。（2）浮动钳式盘式制动器浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动；另一种是制动钳体可绕一支承销摆动(见图2-5)。因而有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。但它们的制动油缸均为单侧的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的(摩擦表面对背面的倾斜角为6左右)。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般约为l mm)后即应更换。(a)滑动钳式盘式制动器 (b)摆动钳式盘式制动器1制动盘;2制动钳体;3制动块总成;4带磨损警报装置的制动块总成;5活塞; 6制动钳支架; 7导向销图2-5 浮动钳式盘式制动器工作原理图固定钳式盘式制动器在汽车上的应用是早于浮动钳式的，其制动钳的刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件，但由于需采用两个油缸分置于制动盘的两侧，使结构尺寸较大，布置较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡影响制动效果。另外，由于两侧制动块均靠活塞推动，难于兼用于由机械操纵的驻车制动，必须另加装一套驻车制动用的辅助制动钳，或是采用盘鼓结合式后轮制动器，其中作为驻车用的鼓式制动器由于直径较小，只能是双向增力式的，这种“盘中鼓”的结构很紧凑，但双向增力式制动器的调整不方便。浮动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液的受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少，使冷却条件较好。另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低3050，汽化的可能性较小。但由于制动钳体是浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点有：（1） 工作表面为平面，不易发生较大的变形，制动效能较为稳定。（2） 浸水后效能降低较小，而且只需经一两次制动即可恢复正常。（3） 输出制动力矩相同的情况下，制动器的尺寸和质量一般较小。（4） 热稳定性好，制动盘只在径向膨胀，沿厚度方向的热膨胀量极小，不影响制动。（5） 较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简单。盘式制动器的不足之处是：（1）效能较小，因此用于液压式制动系时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服系统。（2）兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂，因而在后轮上的应用受到限制。通过以上分析，并且由于目前固定钳盘式制动器已很少采用，且缺点较多，所以我选择综合性能更好的浮动钳式盘式制动器。3 汽车参数计算3.1汽车的基本参数给出的轩逸2.0自动豪华版整车参数如表3-1所示：表3-1 轩逸2.0自动豪华版整车参数外形尺寸（长x宽x高）4610mm1700mm1510mm轴距2700mm最高车速190Km/h额定载客（包括驾驶员）5 人最大功率100KW/5200 rpm最大转矩189NM/4400rpm汽车的整车整备质量1260 kg汽车总质量1655kg其它参数的确定：（1）轮滚动半径由于轩逸2.0自动豪华版轿车采用轮胎规格为195/60 R16，其中名义断面宽度为195mm，扁平率为60%，轮毂名义直径为16英寸，换算过来为。故车轮滚动半径为（2）空满载时质心距前轴距离,；空满载时质心距后轴距离 ，空载时, =1080mm , =1620mm；满载时，=1345mm，=1355mm。（3）空满载时的轴荷分配空载时，前轴负荷 (3-1)后轴负荷 (3-2)满载时，前轴负荷 (3-3)后轴负荷 (3-4) （4）空满载时的质心高度, 空载时， =684mm；满载时， =664mm。3.2 制动系的主要参数及其选择3.2.1 制动力与制动力分配系数定义前、后轮制动器的制动力为、，理想的前、后轮制动器制动力分配曲线公式10：满载时， 式中，前轴车轮的制动器制动力；后轮车轮的制动器制动力； 汽车重力；汽车质心离后轴距离；汽车质心告诉； 汽车轴距现在，多数汽车的前后制动器制动力之比为固定值，常用前制动力与总制动力之比来表明分配比例。称之为制动配分系数。用表示=/+所以，/=若为一条过原点的直线，且斜率为这条直线成为实际前后制动器制动力分配曲线，简称线。根据参阅资料，取=0.7，根据可算出=7607N =3746N3.2.2 制动器最大制动力矩最大总制动力 最大总制动力矩 一个制动器的总制动力矩 3.2.3 制动器因数对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为P，则制动盘在其两侧工作面的作用半径上所受的摩擦力为2 fp，此处f 为盘与制动衬块间的摩擦系数，于是钳盘式制动器的制动器因数为。3.3 盘式制动器的结构参数与摩擦系数的确定3.3.1制动盘直径D制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，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。受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70%79%，取76%5。由于轮胎规格为195/60 R16，所以轮辋直径为16英寸，即406.4mm，故制动盘直径，取309mm。3.3.2 制动盘厚度h制动盘厚度h对制动盘质量和工作时的温升有影响，为使质量小些，制动盘不宜取得很大，为了减少温升，制动盘厚度又不宜取得过小，制动盘可以作成实心的，或者为了散热通风需要在制动盘中间铸出通风孔道，而我设计的轩逸2.0自动豪华版轿车前盘式制动器采用的便是通风盘式，而通风式制动盘厚度取为2050mm，取35mm。设计结果见图3-1所示。图3-1 制动盘3.3.3 摩擦衬块外半径R2、内半径R1与厚度b推荐摩擦衬块外半径与内半径的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时衬块的外缘与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4。选/=1.4，由于摩擦衬块外半径略小于制动盘半径=154.5mm，取150mm。所以=/1.4=150/1.4=107mm，参考其他类似车型，选定厚度b=14mm3.3.4 制动衬块工作面积A由于制动衬块为扇形，选定其到圆心的夹角为，故工作面积，见图3-2所示。图3-2 制动衬块3.3.5 摩擦衬块摩擦系数f选择摩擦衬块时,不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数，各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为 0.30.5，一般来说，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈差，所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。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，取f =0.3。另外，在选择摩擦材料时，应尽量采用减少污染和对人体无害的材料，故选用粉末冶金材料。3.4 制动衬块的设计计算假定衬块的摩擦面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为，式中f 为摩擦系数；为单侧制动块对制动盘的压紧力；R 为作用半径9。由于所设计的轩逸2.0自动豪华版轿车前盘式制动器的制动衬块采用扇形摩擦表面，其径向宽度不是很大，取R 等于平均半径或有效半径，在实际中已经足够精确，如图3-3所示。图3-3 钳盘式制动器的作用半径计算用图平均半径为有效半径是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离，如下式所示，式中，。3.5 摩擦衬块磨损特性的计算摩擦衬块的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度。制动盘的材质及加工情况，以及衬块本身材质等许多因素的影响。因此在理论上计算磨损性能极为困难，但实验表明，影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。目前，各国常采用的作为评价能量符合的指标是比能量耗散率，即单位时间内衬块单位摩擦面积耗散的能量，通常所用的计量单位为。轩逸2.0自动豪华版轿车的前轮制动器的比能量耗散率为：式中,为汽车总质量（kg）；为汽车回转质量换算系数；、为制动初速度和终速度（m/ s）；j为制动减速度（）；t为制动时间（s）；为前制动器衬块的摩擦面积（）；为制动力分配系数。在紧急制动到停车的情况下，=0，并可以认为=1，故据有关文献推荐，计算时取减速度j =0.6g，制动初速度，乘用车用100km/h（27.8m/s）。而=57.8=5780，代入得：=另外，用衬块单位摩擦面积的制动器摩擦力即比摩擦力计算衬块磨损特性。单个前轮制动器的比摩擦力为。式中，为单个制动器的制动力矩；R 为制动衬块平均半径；A 为单个前轮制动器的衬块摩擦面积。当前轮处于最大制动力矩时，代入数值得：单个前轮制动器的比摩擦力为=1.6N/mm24 制动器主要零件的结构设计4.1 制动盘制动盘结构形状有平板形和礼帽形，由于所设计的是钳盘式制动器，故采用后者即礼帽形制动盘，其圆柱部分长度取决于布置尺寸。为了改善冷却，所设计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。制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度小于等于0.01mm，表面粗糙度值小于等于0.06mm，两摩擦表面的不平行度小于等于0.01mm，制动盘的端面圆跳动小于等于0.03mm。4.2 制动钳制动钳由球墨铸铁QT400-18制造，做成整体的，其外缘留有开口，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。活塞由钢制造，为了提高耐磨损性能，活塞的工作表面要进行镀铬处理。4.3 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报装置，以便及时更换摩擦衬块。4.4 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，不能在温度升到某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；制动时不产生噪声和不良气味，应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。经过综合考虑，制动盘采用摩擦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。摩擦衬块选用减少污染和对人体无害的粉末冶金材料。4.5 盘式制动器间隙的调整方法及相应机构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0.10.3mm.此间隙的存在会导致踏板或手柄的行程损失，因而间隙量应尽可能小。考虑到在制动过程中摩擦副可能产生机械变形和热变形，因此制动器在冷却状态下应有的间隙应通过试验来确定。另外，制动器在工作过程中会因为摩擦衬块的磨损而加大，因此制动器必须设有间隙调整机构。所设计的轩逸2.0自动豪华版轿车前盘式制动器的间隙自调方式是利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定间隙所需的活塞设定行程。当衬块磨损而导致所需的活塞形成大于时，活塞可在液压作用下克服密封圈的摩擦力，继续前移到实现完全制动为止。活塞与密封圈之间，这一不可恢复的相对位移便补偿了过量间隙8。4.6 制动驱动机构的结构型式选择与设计计算4.6.1 制动驱动机构的结构型式选择液压式驱动机构：优点：a.制动时可以得到必要安全性，因为液压系统内系统内压力相等，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、后轮分泵可以做出不同直径；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；缺点：a当管路一处泄漏，则系统失效；b低温油液变浓，高温则汽化； c不可长时间制动。但综合来看，油压制动还是可取的，且得到了广泛的应用。4.6.2制动管路的选择出于取安全上的考虑，汽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形式：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 交叉（X）型（图b），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（HI）型（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（LL）型（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（HH）型（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。X型的结构也很简单。直行制动时任何一回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的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。HI、HH、LL型的结构都较为复杂，本次设计不予考虑。X型的布置方案可适于本次设计。a) 一轴对一轴（）型;b) 交叉（X）型;c) 一轴半对半轴（HI）型d) 半轴一轮对半轴一轮（LL）型;e) 双半轴对双半轴（HH）型图4-1 汽车双回路管路形式结论本设计主要思考了关于制动器结构形式选择、主要参数选择、相关参数计算，其中以参数设计计算过程和零件设计为重点。在设计前期,我就合理安排