本科毕业设计-盘式制动器设计【整理版】.doc

全部配套CAD、CATIA图纸，请联系qq:137579196本科毕业设计SQR6468轻型客车前制动器设计某某某燕 山 大 学2015年 6 月22日本科毕业设计SQR6468轻型客车前制动器设计学 院： 专 业： 车辆工程 学生姓名： 某某某 学 号： 101113031003 指导教师： 某某某 答辩日期： 2015.6.22 燕山大学毕业设计任务书学院： 系级教学单位：机械工程系学号学生姓名某某某专业班级车辆工程10-1题目题目名称SQR6468轻型客车前（盘式）制动器题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1. 分析不同形式制动器的优缺点，进行方案结构分析；2. 选择设计参数，进行必要的计算，包括强度计算；进行结构设计；附主要参数 轴距：2700mm；满载质量：1950 kg，前轮承重850kg；整备质量：1300kg,前轮负荷；620kg；质心高：空载 695mm，满载750mm；轮胎型号185/70R14)基本要求1制动初速度ua0=50km/h时；制动距离s12.5m。2完成总装图、部分零件图，总图量大于3.0张A0；3翻译相关的外文资料不少于3 000汉字；4编写设计说明书不少于2万字。参考资料制动系统 齐晓杰 编 化学工业出版社 2005转向、悬架和制动系统修理训练(美) 汤姆森学习公司编 机械工业出版社 2004汽车制动系统的使用与维修肖永清、杨忠敏主编 中国电力出版社 2004 汽车制动系的结构分析与设计计算刘惟信编著 清华大学出版社 2004汽车制动理论与设计方泳龙 编 国防工业出版社 2005周 次第1 4 周第 5 8 周第 912 周第1316 周第1718周应完成的内容阅读参考资料，掌握相关结构和设计方法，完成开题报告；完成外文翻译计算结构参数、绘制总成草图完成总成图；准备中期检查；绘制零件图。审查图纸；编写说明书；审查设计说明书；准备答辩。答辩指导教师：某某某职称：副教授 2014年12月13日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本文首先对汽车制动器原理和对各种各样的制动器进行分析,详细地阐述了各类制动器的结构,工作原理和优缺点.再根据轻型客车的车型和结构选择了适合的方案.根据市场上同系列车型的车大多数是滑钳盘式制动器,而且滑动钳式盘式制动器结构简单,性能居中,设计规范,所以我选择滑动钳式盘式制动器.本文探讨的是一种结构简单的滑动钳式盘式制动器,对这种制动器的制动力,制动力分配系数,制动器因数等进行计算.对制动器的主要零件如制动盘、制动钳、支架、摩擦衬片、活塞等进行结构设计和设计计算,从而比较设计出一种比较精确的制动器.本文所采用的设计计算公式均来自参考资料。本设计主要针对轻型客车前制动器设计，首先计算数据，完成二维装配图和二维零件图绘制，然后利用CATIA软件进行三维建模。以更清楚的表达盘式制动器结构。关键词 盘式制动器；制动力；制动力分配系数；制动器因数；CATIA软件AbstractThis paper first principle of the car brake and brake on a wide range of analysis,a detailed exposition of the structure of various types of brake, and the advantages and disadvantages of working principle. Accordance with Minibus models and structure chosen for the program Under series models on the market with most of the cars leading trailing, and leading trailing simple structure, performance, middling, design specifications, so I chose to receive from the Sliding Disc brake. This paper is a simple structure recipients from the Disc brake, the brake system of this power, braking force distribution coefficient, such as brake factor calculation. brake on the main parts such as brake pan, brake caliper, bracket, friction linings, piston for structural design and design, design and comparison A more precise brake used in the design of this formula are calculated from the reference.This design mainly in view of the light bus front brake design, calculation data first, finish 2 d assembly drawing and 2 d part drawing, And then using CATIA software for 3 d modeling, to more clearly express the structure of disc brake.Key words Disc brakes；Power system；Power distribution coefficient system Brake factor CATIA software I目录 I目录摘要IIAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 研究目的及意义11.3 盘式制动器结构形式及其选择31.3.1 盘式制动器的结构形式31.3.2 盘式制动器的优缺点41.3.3 本设计盘式制动器的选择51.4 浮钳盘式制动器51.4.1 浮钳盘式制动器的结构51.4.2 浮钳盘式制动器的工作原理61.4.3 制动间隙调整原理71.5 本文研究内容8第2章 制动系的主要参数及其选择92.1 任务书给定设计基本参数92.2 受力分析92.3 同步附着系数的确定及计算132.4 制动力、制动强度、附着系数利用率的计算152.4.1 满载时的情况152.4.2 空载的情况172.5 制动器最大制动力矩的计算192.6 本章小结19第3章 盘式制动器的结构设计203.1 盘式制动器结构设计的任务和步骤203.2 盘式制动器的主要零部件设计和三维造型2013.2.1 制动盘21 3.2.2 制动衬块223.2.3 制动钳233.2.4 制动钳支架243.2.5 盘式制动器总成装配图26 3.3 本章小结26第4章 盘式制动器的校核计算27 4.1 摩擦衬块的磨损特性计算27 4.2制动器的热容量和温升的核算28 4.3 盘式制动器制动力矩的校核29 4.4 本章小结32结论33参考文献34致谢36附录138附录2364附录3481第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景对制动器的早期研究侧重于试验研究其摩擦特性，随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高，有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行。目前，汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统，使其造价较高，故低端车一般还是使用前盘后鼓式。汽车制动过程实际上是一个能量转换过程，它把汽车行驶时产生的动能转换为热能。高速行驶的汽车如果频繁使用制动器，制动器因摩擦会产生大量的热量，使制动器温度急剧升高，如果不能及时的为制动器散热，它的效率就会大大降低，影响制动性能，出现所谓的制动效能热衰退现象。目前在我国，盘式制动器由于其优良的制动效能和制动恒定性能正在各类汽车工具上广泛使用。随着我国公路交通条件的改善，高等级公路的发展, 车辆性能和车速的不断提高,人们出行也更加追求快捷与舒适乘车方式。而盘式制动器能提高汽车的主动安全性,又较好地解决了制动过程中粉尘污染、制动噪音污染、维修频繁等鼓式制动器无法解决的问题4,在汽车上的应用必将更广泛。对盘式制动器的性能不断进行优化，对其设计进行改进，将是一个常提常新的课题。1.2 研究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。单就制动器结构而言，相比鼓式制动器，盘式制动器有着显著的优势。由于制动盘对摩擦衬块无增力作用，摩擦衬块工作面积仅为制动盘面积的14%左右，盘式制动器具有良好的热稳定性；同时盘式制动器兼有优良的水稳定性，制动衬块对制动盘的高压力作用和擦拭效果，使得盘式制动器出水后仅需一两次制动即能恢复正常，这明显优于鼓式制动器，后者需经十余次制动盘车轮法兰防尘罩通风孔制动衬块制动液软管轮缸壳体观察孔制动钳放气螺栓车轮螺栓制动钳导向销图1-1 盘式制动器的结构示意图制动过程中制动力矩增长较和缓，保证了高的制动稳定性；此外盘式制动器的摩擦衬块比鼓式制动器的摩擦衬片在磨损后更易更换，结构简单，维修保养容易。鉴于公路条件的不断改善，车辆性能尤其是车速的不断提高，这对汽车的制动安全性提出了更高的要求。盘式制动器质量轻，结构简单，调整方便，更适用于汽车在连续运转、高温、高负载下对制动性的要求，并且降低了材料和能源的消耗，改善汽车的操纵性、舒适性和安全性，有着广阔的前景。盘式制动器正在逐步取代鼓式制动器而成为主流的制动器结构，所以改进其结构，优化其设计有着非常重要的现实意义。另外，本次设计经历可以培养我的工程意识、实践能力、设计能力及严谨态度，这才是我学习成长过程中的宝贵财富。1.3盘式制动器结构形式及其选择1.3.1盘式制动器的结构形式盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。（1）钳盘式 钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。定钳盘式制动器：这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。浮动盘式制动器：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。故有滑动和摆动之分，其中滑动应用的较多。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，活塞推动活动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制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两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。这种制动器具有以下优点：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小。（2）全盘式 在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。1.3.2 盘式制动器的优缺点盘式制动器比鼓式制动器的优点：（1） 热稳定好，原因是一般无自行増力作用，衬块摩擦表现压力分布较鼓式中的衬片更为均匀，此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄的中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退，制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题，因此，前轮采用盘式制动器。汽车制动时不易跑偏。（2） 水稳定性好，制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多，又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一，二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。（3） 制动力矩与汽车运动方向无关。（4） 易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。（5） 尺寸小，质量小，散热良好。（6） 压力在制动衬块上的分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。（7） 更换衬块简单容易。（8） 衬块与制动盘之间的间隙小（0.05-0.15mm），从而缩短了制动协调时间。（9） 易于实现间隙自动调整。（10） 能方便地实现制动器磨损报警，以便及时更换摩擦衬块。盘式制动器的主要缺点：（1） 难以完全防止尘污和锈蚀（封闭的多片全盘式制动器除外）。（2） 兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。（3） 在制动驱动机构中必须装有助力器。（4） 因为衬块工作表面小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。1.3.3本设计盘式制动器的选择 全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均是圆盘形，制动时盘表面与摩擦元件全部接触。工作原理与摩擦离合器相类似，因此也成为离合器式制动器。这种制动器可以获得较大的制动力，但是散热性能较差，多采用油冷散热方式，结构较复杂。该种制动器设用于工程车辆。 固定钳式盘式制动器的制动钳体固定在转向节上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞，制动时，两个活塞同时推动制动衬块压紧制动盘，这种结构又被称为对置活塞式固定钳式盘式制动器。这种结构制动钳刚度好，仅有活塞和制动衬块滑动；但需要布置两个油缸，使得其结构较复杂且尺寸较大，液压缸和活塞的配合精度要求较高，这影响了制造成本，另外，制动产生的热经钳体上的油路传给制动油液，易使其温度过高而产生气泡，从而影响制动效果。 浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的1。这种制动器结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，由于浮动钳没有跨越制动盘的油道，这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5。该种制动器结构在现代轿车轻型客车的应用相当广泛。 综上分析，本设计中为SQR6468轻型客车前轮选择浮动钳式盘式制动器。1.4 浮钳盘式制动器1.4.1 浮钳盘式制动器的结构如图1-3所示为某轿车前轮浮钳盘式制动器。制动钳支架9固定在转向节上，制动钳体3通过紧固螺栓1和制动钳导向销13联接，导向销可以插入制动钳支架的孔中作动配合，从而保证制动钳体可以沿导向销作轴向滑动。制动盘内外侧的制动衬块7和8卡在制动钳支架上，允许轴向滑动但不准上下窜动6。制动钳体只在制动盘内侧有液压缸。131211109876543211紧固螺栓 2折叠防护套 3制动钳体 4密封圈 5活塞6轮缸防尘罩 7内制动块 8外制动块 9制动钳支架10制动块卡簧 11放气螺栓帽 12放气螺栓 13制动钳导向销图1-3 前轮浮钳盘式制动器总成图1.4.2 浮钳盘式制动器的工作原理如图1-3所示，对于单缸浮动钳盘式制动器，其工作原理如下：踩下制动踏板时，由制动主缸来的液压油进入制动钳轮缸内，活塞5在液压作用下将制动块7压在制动盘(位于两制动块之间，图中未示出)上。同时，制动钳体3在油液压力作用下向右移动，将制动块8也推靠在制动盘上，使汽车车轮制动。 浮钳盘式制器示意图： 1.制动盘 2.制动钳体 3.摩擦块 4.活塞 5.进油口 6.导向销 7.车桥 1.制动盘 2.制动钳体 3.摩擦块 4.活塞 5.进油口 6.导向销 7.车桥图1-3-1前轮浮钳盘式制动器工作原理图1.4.3 制动间隙调整原理当活塞1在液压作用下移向制动盘时，活塞矩形密封圈3的刃边在活塞摩擦力作用下产生微量的弹性变形，如图1-4 a所示；解除制动时，活塞1和制动块在活塞矩形密封圈3的弹力作用下回位，如图1-4 b所示。如果制动摩擦片与制动盘之间的间隙因磨损而增大，制动时活塞密封圈3变形达到极限后，活塞1仍可继续在液压力作用下克服密封圈的摩擦力而移动，直到摩擦片压紧制动盘为止2。但解除制动时，矩形密封圈3所能将活塞1推回的距离同摩擦片磨损之前是相同的，即摩擦片与制动盘之间的间隙仍保持标准值，故矩形密封圈3除起到密封作用外，还兼起到活塞回位和自动调整间隙的作用。ba3211活塞 2制动钳体 3活塞密封圈图1-4 制动间隙调整时活塞密封圈工作情况1.5 本文研究内容制动器的结构设计是整个制动系统设计的关键环节，这项工作是诸多工作的集成体，比如计算、建模以及绘图。因此，本文的工作主要围绕参数的设计计算、盘式制动器的三维建模和总成的装配图零件图绘制三个方面展开进行。（1）相关参数的设计计算 首先根据ECE制动相关规定，拟合出利用附着系数随制动强度变化的曲线，选出最优的制动力分配系数；由公式可算出同步附着系数，同步附着系数表征了地面附着条件可以得到充分利用时的路面附着系数；最大制动力和最大制动力矩是表征汽车制动效能和稳定性的重要参数，根据同步附着系数分情况计算得到；制动效率可以评价制动系相关参数设计的合理性，因此有必要进行拟合。（2）制动器总成的三维造型建模 应用CATIA软件对盘式制动器总成进行零件建模，最后得到的三维模型应该真实地表达盘式制动器的结构，以便三维建模对装配图和零件图的绘制起到指导参照的作用效果。（3）制动器的校核计算 为了保证制动器有良好的工作可靠性，能够持久发挥优良的制动效能，对制动器的校核计算是必不可少的步骤。摩擦衬块是整个盘式制动器总成中最关键的部件，对其磨损特性进行校核可以保证制动衬块的选材和设计的合理性；对温升和热容量进行校核，是保证制动器有良好散热性的前提。7第2章 制动系的主要参数及其选择第2章 制动系的主要参数及其选择2.1任务书给定设计基本参数表2-1中给出了任务书中的基本设计参数。表2-1 设计基本参数参数代号数值单位空/满载质量m1300/1950kg轴距(满载)L2700mm空/满载质心高hg695/750mm空载前轴荷m01620kg满载前轴荷mf1850kg轮辋直径D14in汽车质心到前轴距离a与到后轴距离b的计算（1） 满载时 计算得： a= 1188mm b=1512mm （2） 空载时 计算得： a=1296mm b=1404mm 2.2 受力分析图2-1所示为汽车在水平路面上制动时的受力情况3。图中忽略了空气阻力、旋转质量减速时产生的惯性力偶矩以及汽车的滚动阻力偶矩。另外，在以下的分析中还忽略了制动时车轮边滚动边滑动的情况，并且附着系数为定值。图2-1制动时的汽车受力图根据图2-1给出的汽车制动时的整车受力情况，并对后轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为 （2-1）对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为 （2-2）式中：Z1 汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N； Z2 汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N； L 汽车轴距，N； L1 汽车质心离前轴距离，mm； L2 汽车质心离后轴距离，mm； Hg 汽车质心高度，mm； G 汽车所受重力，N； 汽车制动减速度，m/s。令=qg ,q 称为制动强度。若在附着系数为的路面上制动，前、后均抱死，这时汽车总的地面制动力为 （2-3）前、后车轮中的附着力为 （2-4）根据文献前后车轮的附着力为 （2-5） （2-6）对于大多数两轴汽车，前、后制动器制动力的比值为一定值，并以前制动器制动力Ff1与汽车总的制动器制动力Ff之比来表明分配的比例，称为汽车制动器制动力分配系数，用表示，即 （2-7） 此时， （2-8） （2-9） （2-10）式中：FB1，FB2 前、后车轮的地面制动力； Ff1，Ff2 前、后车轮的制动器制动力； F1，F2 前、后车轮的附着力； 制动力分配系数由（2-1）、（2-2）、（2-5）（2-7）式可得前后轴车轮的利用附着系数为 = （2-11）= （2-12）则前后轴的附着效率为 （2-13） （2-14）式中： ， 前、后车轮的利用附着系数；， 前后轴的附着效率。 以上式子4表明：汽车在附着系数为任一确定值时，各轴车轮附着力即极限制动力并不是常数，而是制动强度q或FB的函数。当汽车制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，以及前、后车轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有三种，即1）前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑；2）后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑；3）前后轮同时抱死拖滑。显然，最后一种情况的附着条件利用得最好。 因此我们不难求得在任何附着系数的路面上，前、后车轮附着力同时被充分利用的条件为 （2-15） （2-16）式中：Ff1，Ff2 前、后车轮的地面制动力； 由式（2-15）、（2-16）中消去得 （2-17） 将（2-17）绘制成以Ff1，Ff2为坐标的曲线，即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，也称为I曲线，如图2-2所示。如果汽车前、后轮制动器的制动力Ff1，Ff2的规律分配，则可以保证汽车在任何一种路面上，也就是任一附着系数的路面上制动时，均可以使前、后车轮同时抱死。 I（空载）线I（满载） 图2-2 轻型客车的I曲线2.3 同步附着系数的确定及计算 （2-18）上式在图2-2中是一条通过坐标原点且斜率为(1-)/的直线，它是具有制动器制动力分配系数为的汽车的实际前、后制动器制动力分配线，简称线。图中线与I曲线交于B点，可求出B点处的附着系数=,则称线与I曲线交点处的附着系数为同步附着系数。它是汽车制动性能的一个重要参数，由汽车结构参数所决定。同步附着系数的计算公式是：对于前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在附着系数等于同步附着系数的路面上，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，可能有以下情况： (1)当，线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。(3)当=，制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也失去转向能力。为了防止汽车的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的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为du/dt=qg=g，即q=，q为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死时的制动强度q0时，汽车可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即FB2=F2。若取=0.9，则制动力FB可以写为 （2-23）制动强度q可以写为 （2-24）附着系数利用率可以写为 可得后轮制动器的制动力FB2为FB1=FB-FB2Ff1=FB1/2Tf1=Ff1*re从计算结果可知路面条件越好，车轮与路面间的附着系数越高6，则前轮制动器所承受的制动力和制动力矩就越大。2.4.2 空载的情况1）当=0时，有：FB1=F1，FB2=F2，故FB=G=mag q=0.47； =q/=1FB1=F1=G(L2+qhg)/LFf1=FB1Ff1=FB1/2 Tf1=Ff1*re2）当0 时，汽车可能得到的最大总制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，即FB1=F1。若取0=0.3则制动力FB可以写为 制动强度q可以写为 （2-25）附着系数利用率可以写为 （2-26）可以算出前轮制动器的制动力FB1为 Ff1=Ff1/2 Tf1=Ff1*re3）当 0时，汽车可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚抱死的条件，即FB2=F2。若取=0.6，则制动力FB可以写为 制动强度q可以写为 （2-27）附着系数利用率可以写为可以算出前轮制动器的制动力FB2为 FB1=FB-FB2 Ff1=FB1/2 Tf1=Ff1*re2.5 制动器最大制动力矩的计算 最大制动力矩是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的，这时制动力与地面作用于车轮的发向力Z1、Z2成正比。 对于常遇到的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数0值的汽车，为了保证在 0的良好路面上能够制动到后轴车轮和前轴车轮先后抱死滑移，前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力矩为 （2-28） （2-29）对于常遇到的道路条件较好、车速较高因而选取了较大的同步附着系数0值的汽车，应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。在0的良好路面上，相应的极限制动强度q，所以所需的后轴和前轴的最大制动力矩为 （2-30） （2-31）式中：为该车所能遇到的最大的附着系数。 对于轻型客车来说7，它通常是在较好的路面上行驶，所以它适用第二种情况，这里可以取=0.9， 由此可知单个制动器所需要提供的制动力和制动力矩为：Ff1=FB1/2=5046.1 NTf1=Ff1*re=1791.4Nm2.6 本章小结 本章完成了受力分析，同步附着系数的确定及计算，以及制动力、制动强度、附着系数利用率、制动器最大制动力矩的计算。通过这几项的计算对接下来的盘式制动器结构设计有重要的参考价值和意义。第3章 盘式制动器的结构设计3.1盘式制动器结构设计的任务和步骤 在盘式制动器的设计过程中，一般分为三个步骤：第一，查阅相关资料，参照已有实物。第二，绘制盘式制动器的二维装配图。装配图是用以表示制动器总成及其组成部分的连接装配关系，它是表达总成的工作原理、零件之间的装配关系和相互位置，以及装配、检验、安装时所需要的尺寸数据和技术要求等的技术文件。第三，阅读装配图并拆画零件图。拆画零件图时要确定表达方案，补全零件的局部结构形状并标注零件图上的尺寸和表面粗糙度，最后要写明零件的技术要求。3.2盘式制动器的主要零部件设计和三维造型如图3-1所示，盘式制动器的主要零部件包括制动盘，制动衬块，制动卡钳和制动钳支架等。制动盘卡簧制动衬块制动钳支架活塞护罩密封圈活塞制动钳 图3-1 盘式制动器结构图21第3章 盘式制动器的结构设计3.2.1 制动盘 制动盘的工作环境比较复杂，当汽车制动时，制动盘温度急剧上升，制动取消后，温度又随之下降，这种温度的骤升骤降，使制动盘很容易产生“金属疲劳”8。因此，为保证制动盘的性能持续良好，设计便对其材料和工艺产生了较高的要求。制动盘采用镍铬合金铸铁制成，该材料具有很好的耐磨、耐热、耐蚀以及降噪减重等性能，能够满足制动盘的工况需求。制动盘结构形状为礼帽形，其圆柱部分长度取决于布置尺寸。制动盘工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，将制动盘做成中间有径向通风槽的双层盘。通风式制动盘厚度取为2050mm，采用较多的是2030mm。本设计中制动盘厚度h选取24mm。制动盘的有效半径得到增加，可以见效制动钳的加紧力，降低衬块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%。总质量大于2t的汽车应取上限。SQR6468轻型客车车轮辋直径D = 14in。制动盘直径范围：D0min = 70% D 248.5mm，D0max = 79% D 280.5mm，取D0 =280mm。 图3-2 制动盘建模造型图 表3-1 制动盘主要参数参数代号数值单位制动盘直径D0280mm制动盘厚度h24mm通风孔厚度t8mm制动盘内径d130mm制动盘帽高h050mm制动盘礼帽直径D1150mm在CATIA软件中，对制动盘进行三维建模，得到的效果如图3-2所示。3.2.2 制动衬块制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。作为制动系统中最关键的部件，制动块中摩擦材料的选择，对制动效能的优良以及汽车制动系统的可靠性起着至关重要的作用。考虑到制动衬块的工作环境，摩擦材料应具备稳定的摩擦系数，良好的耐磨、耐热、耐蚀性能以及低的吸液能力和低的热传导率。本设计中选用半金属摩擦材料，这种材料是以多种金属、有机、无机材料的纤维或粉末代替石棉作为增强材料，其中金属纤维和粉末的含量在40%以上，目前，这种材料在美国、欧洲各国广泛应用，已经成为盘式制动器的主流摩擦材料。本设计中制动衬块的外形采用扇形结构。汽车设计教材中推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。比值设计偏大时，摩擦衬块内外缘速度相差较大，容易产生偏磨，导致制动力矩发生改变。本设计中外半径取R2=135mm，内半径取R1=90mm。R2/R11.5，符合设计要求。制动衬块的工作面积决定制动力矩的大小，汽车设计教材在确定盘式制动器衬块工作面积A时，根据制动衬块单位面积占有的汽车质量，推荐在1.6-3.5kg/ cm2范围内选用。本设计中轻型客车满载质量为1950kg，前轮满载时地载荷为850kg，经计算可得最优的工作面积在65.78133cm2范围内，本设计选取A=85cm2。 表3-2 制动衬块主要参数参数代号数值单位制动衬块外半径R2135mm制动衬块内半径R190mm制动衬块工作面积A85cm2在CATIA软件中，对制动衬块进行三维建模，得到的效果如图3-3所示。 图3-3 制动衬块建模造型图3.2.3 制动钳为确保汽车良好的制动性，对制动钳的性能要求不断提高，现代汽车制动技术要求制动钳应具有耐高温、制动平稳高效、强度刚度足够、轻量化以及良好密封等性能特点。本设计中选用球墨铸铁作为制动钳的制造材料。该材料力学性能较高，具有耐高温和减震性能。表3-3 制动钳主要参数参数代号数值单位制动器油缸直径D52mm钳口宽度B64mm导向销直径D010mm排气螺栓直径D16mm通风孔面积S8cm2油管直径D210mm制动钳的相关尺寸确定主要取决于制动器总成的装配要求。钳口宽度的确定主要考虑制动盘的厚度与摩擦衬块的厚度之和以及必要的运动间隙。制动器油缸直径应使油泵活塞与摩擦衬块充分接触，以保证足够的制动力和力矩。 在CATIA软件中，对制动钳进行三维建模，得到的效果如图3-4所示。 图3-4 制动钳建模造型图3.2.4 制动钳支架制动钳支架固定在转向节上，制动钳体用紧固螺栓与制动钳导向销联接，导向销插入制动钳支架的孔中作动配合9，制动钳体可沿导向销作轴向滑动。内外制动衬块用止动弹簧卡在制动钳支架上，可以轴向移动但不许上下窜动。表3-4 制动钳支架主要参数参数代号数值单位联接转向节孔距L212mm导向销孔距l198mm导向销孔深h40mm总长a226mm总宽b70mm总高c95mm制动钳支架是连接转向系和制动系的关键部件，其结构尺寸以及装配关系要受到制动钳、制动盘以及转向节等部件的制约。制动钳支架的主要尺寸如表3-4所示。在CATIA软件中，对制动钳支架进行三维建模，得到的效果如图3-5所示。 图3-5 制动钳支架建模造型图3.2.5 盘式制动器总成装配图 图3-6 盘式制动器建模造型图在CATIA装配环境中，将先前已经建好的制动盘、制动钳、制动衬块、制动钳支架、放气螺钉及导向销等零件体按照盘式制动器总成的相对位置关系进行装配，最终得到的盘式制动器总成装配效果图，如图3-6所示。3.3本章小结 本章完成了盘式制动器的零件造型设计、加工材料选择以及盘式制动器总成装配图生成等结构设计工作。应用CATIA软件进行制动器结构的三维造型建模与盘式制动器的实体结构相似度较高。二维图完成基础图纸之后画出三维草图，以便于更清楚了解制动器结构。33第4章 盘式制动器的校核计算 第4章 盘式制动器的校核计算4.1 摩擦衬块的磨损特性计算摩擦衬块的磨损，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