盘式制动器制动系设计

湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文盘式制动器制动系设计DESIGN OF THE BRAKING SYSTEM OF DISK BRAKES学生姓名：冯 诗 雨学 号：200841930204年级专业及班级：08级汽车服务工程（2）班指导老师及职称：李军政 讲师学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言 22 制动器的结构形式及选择 42.1 盘式制动器的结构形式及选择 4 2.1.1 固定钳式盘式制动器 4 2.1.2 浮动盘式制动器 5 2.2 制动盘的分类及选择 52.3 奥迪A8型轿车盘式制动器的结构及工作原理63 制动器的只要参数及选择 73.1 制动力与制动力的分配选择 73.2 同步附着系数123.3 制动强度和附着系数利用率133.4 制动器最大制动力矩143.5 利用附着系数与制动效率153.6 制动器因数173.7 盘式制动器主要参数及摩擦系数的确定184 制动器的设计计算194.1 摩擦衬块的磨损特性计算194.2 制动器的热容量和升温的核算214.3 盘式制动器制动力矩计算225 制动器只要部件的结构设计与计算245.1 制动盘235.2 制动钳235.3 制动块245.4 衬块警报装置设计255.5 摩擦材料255.6 制动器间隙255.7 固定摩擦片铆钉的剪切应力计算256 制动驱动机构的形式选择与设计计算266.1 伺服制动器的结构形式选择266.2 制动管路的多回路系统267 结论28 参考文献 28致谢 29附录29盘式制动器制动系设计摘 要：汽车制动系统直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益正大，为了保证行车安全、停车可靠，汽车制动系的可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。盘式制动器又称为碟式制动器，这种制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便，特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。本设计内容包括汽车制动器的功能与设计要求，结构方案的分析，制动力的分配，制动器主要零件的选择及主要参数的选取，制动器各种参数的计算，主要零件的装配尺寸链的分析计算。在设计中也涉及到同步系数的选取、制动器效能因素的选取、制动力矩的计算，以及制动器主要元件选取，最后对设计的制动器进行校核计算。由制动器设计的一般原则，综合考虑制动效能、制动效能稳定性、制动间隙调整简便性、制动器的尺寸和质量及噪声等诸多因素设计本产品关键词：盘式制动器；制动系统；同步系数Design of the braking system of disk brakesAuthor: FengshiyuTutor: LiJunzheng(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：Automotive vehicle brake system directly affects the driving safety and parking reliability. With the rapid development of highway and the increased speed limit as well as the increasing traffic density, in order to ensure driving and parking safety, the reliability of automotive brake systems has become increasingly important. Only excellent reliable car braking system can fully play its role of adjusting the cars dynamic performance. Disc brake, also known as dish brakes, it brakes and ventilates fast and is also light weight. Its simple structure, easy clearance adjustment, outstanding performance at high temperature with heavy load, better working stability enables it to stop the car quicker than traditional drum brakes at winter and bad road conditions.The function and design requirement of the vehicle brake system, analysis of the construction scheme, distribution of braking torque, selection of the main components as well as the main coefficient calculation of the system, are all concluded in this paper. Based on the primary principle of brake designing, taking the efficiency, stability, and easy clearance adjustment as well as the size, quality and noise making into consideration, this paper covers many aspects while designing. Key words：disc brake, brake system, synchronization coefficient1 前言现在，盘式制动器在汽车上已经越来越多的被采用，特别是在轿车上被广泛使用。由此引起盘式制动器市场的增加，鼓式制动器的被代替。鉴于此本设计主要是通过研究来使自己增加知识，并尝试独立完成生产设计的过程。由于本人能力有限，设计中错误与不妥之处在所难免，恳请各位导师批评指正。 制动系的功用是强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密集度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。任何一套制动装置都由制动器和制动驱动机构两部分组成。 目前广泛使用的是摩擦式制动器，摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分为鼓式、盘式和带式三种。其中盘式应用较为广泛。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的盘式制动称为全盘式制动器。与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点如下：1.热稳定性好。2.水稳定性好。3.制动稳定性好4.制动力矩与汽车前进和后退等行驶状态无关。5.在输出同样大小的制动力矩条件下，盘式制动器的结构尺寸和质量比鼓式的要小。6.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，结构也较简单，维修、保养容易。7.制动盘与摩擦衬块间的间隙小（0.05mm0.15mm），因此缩短可油缸活塞的操作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。8.制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失，这也使得间隙自动调整装置的设计可以简化。9.易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性与安全性，以保证汽在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。10.能方便地实现制动器磨损报警，以便能及时地更换摩擦衬块。11.盘式制动器又分为通风盘式制动器与实心盘式制动器。通风盘式制动器由于为了通风散热，在制动盘的两个工作面之间铸造出通风孔道使散热能力更强，不容易产生热衰退，多用于马力较大的汽车。而实心盘式制动器用于马力相对较小的车型，散热能力相对较差。当长时间连续踩刹车，通风盘式可以迅速把摩擦产生的热散掉，使刹车性能不至于因为温度升高而变差，从而保证了行车安全。但是由于盘片重量增加，可能油耗、维修成本等也相应增加，而实心盘则不能长时间踩刹车，但是使用成本、维修成本相对低些。同时当汽车前后同时采用盘式制动器时汽车的稳定性更好，由于成本的原因现阶段仅在中高档汽车中应用，但其在汽车中的普及已经成为必然趋势。【1】生产现状鼓式制动器据相关数据统计，目前我国乘用车中刹车制动器用鼓式制动器约占20%左右，并且鼓式制动器目前已经退出前轮制动。目前鼓式制动器只有在商用车上还占有绝大的比例，采用的是气压鼓式制动系统。盘式制动器2000年以来，我国盘式制动器市场需求增长速度发展非常快。从中国汽车工业协会统计的情况来看，2000年我国盘式制动器的产量只有57.58万套，到2004年迅速增长到468.72万套，增长7倍多，年平均增长率高达68.9%，2007年增长至1000万套左右。过去5年里，我国盘式制动器应用的增长非常迅速。进出口情况2000年以来，我国汽车制动器产品进出口规模增长迅速。2005年与2000年相比，出口金额从26700万美元增长到106544.35万美元，增长了3倍。 设计任务设计内容包括汽车制动器的功能与设计要求，结构方案的分析，制动力的分配，制动器主要零件的选择及主要参数的选取，制动器各种参数的计算，主要零件的装配尺寸链的分析计算。制动器的发展过程自2009年以来，国内乘用车制动器技术应用发生了较大变化。以往配装在中高端车型上技术吧 制动安全技术上得到了全面升级。这充分体现了盘式制动器相比鼓式制动器的有点还是很明显的。另外，盘式制动器可以方便地与ABS系统配合，避免刹车暴死现象发生。所以前后盘式制动器轿车目前销量前景呈直线上升趋势。2 制动器的结构形式及选择2.1 盘式制动器的结构形式及选择按摩擦副中的固定摩擦元件的结构来分，盘式制动器分为钳盘式和全盘是制动器两大类。钳盘式制动器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内，如图1所示。两块制动块之间装有作为旋转元件的制动盘，制动盘式以螺栓固定在轮毂上。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为3050，故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将泥水、污物等甩掉，维修方便。但因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，因此，对摩擦材料的要求也较高。全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件居委圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触。器工作原理犹如离合器，故亦称为离合器式制动器。用的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，为此，多采用油冷式，结构复杂。按制动钳的结构形式，钳盘式制动器又分为固定钳式和浮动钳式两种。1-轮毂凸缘;2-制动盘;3-复位弹簧;4-轮辐;5-钳体6-导向支承销;7-制动块;8-活塞;9-调整垫片;10-转向节图1 固定钳盘式制动器Fig.1 The fixed disk brake system2.1.1 固定钳式盘式制动器固定钳式盘式制动器如图1所示，其制动钳体固定在转向节（或桥壳）上，在制动前提上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力有也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，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种结构型式又称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。2.1.2 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，如图2（a）所示，一种是制动钳体可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支承销摆动。故有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。但它们的制动油缸都是单侧的，且与油缸同侧的制动块总成为活动的，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向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成的受力均等为止。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。这就要求制动摩擦衬块为楔形的，摩擦表面对其背面的倾斜角为6左右，如图2（b）所示。在使用过程中，摩擦衬块最贱磨损到各处残存厚度均匀（一般约为1mm）后即应更换。【2】（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浮动钳式盘式制动器工作原理图Fig 2 Working principle of the floating disk brake system 2.2 制动盘的分类及选择制动盘分为实心盘式和通风盘式。实心盘式制动器的制动盘尺寸较小，而且盘上没有通风孔，长时间刹车容易产生热衰减，而且过水后容易产生短暂的刹车不灵现象。相对来说造价更便宜，但刹车能力比鼓式刹车强很多。通风盘式制动器的制动盘尺寸较大，且盘上有规则布置的通风孔，长距离刹车热衰减较少，刹车灵敏，但造价较贵，工艺较复杂本设计中采用的是前通风盘后实心盘式制动器的设计。2.3 奥迪A8型轿车盘式制动器的结构与工作原理奥迪A8型轿车盘式制动器采用单杠浮动钳式结构，制动器由制动盘、制动钳、导向销、制动块液压缸组成。图3 某轿车钳式盘式制动器的结构图Fig.3 Configuration of the clamp disk brake of a certain vehicle 当汽车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，而反作用力则推动钳体连同固定在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的压力平均为止完成抱死。【3】3 制动器的主要参数及其选择3.1 制动力与制动力分配系数汽车制动时，若忽略路面对车轮的滚动阻力距和汽车回转质量的惯性力矩，则对任一角速度的车轮，其力矩平衡方程为 （1）式中：制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，N.m;地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，其方向与汽车行驶方向相反，N;车轮有效半径，m。 （2） 与地面制动力的方向相反，当车轮角速度时，大小亦相等，且仅由制动器参数所决定。即取决于制动器的结构形式、结构尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压与气压成正比。当加大踏板力以加大时，和均随之增大。但地面制动力受附着条件的限制，其值不可能大于附着力，即 （3）或 （4）式中：车轮与地面间的附着系数； 地面与车轮的法向反力。图4制动力、地面制动力与踏板力的关系Fig.4 Relation of the braking force 、surface braking force and brake paddle force 图5 制动时的汽车受力图Fig.5 Forces acting on the vehicle when braking图5所示为汽车在水平路面上制动时的受力情况。图中忽略了空气阻力、旋转质量减速时汽车的惯性力偶矩以及汽车的滚动阻力偶距。另外，在以下的分析中还忽略了制动时车轮边滚边滑动的情况，且附着系数只取一个定值。【4】根据图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，的平衡式为 对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为式中：汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N； 汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N； 汽车轴距，mm； 汽车质心离前轴距离，mm； 汽车质心离后轴距离，mm；汽车质心高度，mm； 汽车所受重力，N； 汽车质量，kg； 汽车制动减速度，m/s。根据上述汽车制动时的整车受力分析，考虑到汽车制动时的轴荷转移及，式中为重力加速度（m/s），则可求得汽车制动时水平地面对前、后轴车轮的法向反力，分别为 （5） 令，称为制动强度，则汽车制动时水平地面对汽车前、后轴车轮的法向反力，又可表达为 （6） 若在附着系数为的路面上制动，前、后轮均抱死（同时抱死或先后抱死均可），此时汽车总的地面制动力等于汽车前、后轴车轮的总的附着力 ,亦等于作用于质心的制动惯性力（如图），即有或代入式（5），则得水平地面作用域前、后轴车轮的法向反作用力的另一种形式： （7）汽车总的地面制动力为 （8）式中：制动强度，亦称比减速度或比制动力： 前后轴车轮的地面制动力。由式（4）式（6）及式（8）可求出前、后轴车轮的附着力为 （9） 当汽车的制动力足够时，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3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。在上述3种情况中，显然是第（3）种情况的附着条件利用得最好。【5】由式（8），式（9）求得在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为 （10）式中;前轴车轮的制动器制动力，； 后轴车轮的制动器制动力，； 前轴车轮的地面制动力； 后轴车轮的地面制动力； 地面对前、后轴车轮的法向反力； 汽车重力； 汽车质心离前、后轴的距离； 汽车质心高度。由式（10）中消去得 （11）式中：汽车的轴距。将上式绘成以为坐标的曲线，即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线，如图6所示。如果汽车前、后轮制动力能按I曲线的规律分配，则可保证汽车在任一附着系数的路面上制动时，均可使前、后车轮同时抱死。然而，目前大多数两轴汽车尤其是货车的前、后制动器制动力之比值为一定值，并以前制动器制动力制动力与汽车的制动器制动力之比来表明分配的比例，称为汽车制动器制动力分配系数，即 （12）图6 某载货汽车的曲线与曲线Fig.6 curve and curve of a lorry综上所述求得：制动时地面对前、后轴车轮的法向反力：NN汽车总的地面制动力：N前、后轴的附着力：N制动强度：汽车重力：N前、后轴车轮制动器制动力：NN前、后轴单侧制动块对制动盘的压紧力计算：制动力分配系数：3.2 同步附着系数由式（12）可得 （13）式（13）在图3-3中为一条通过坐标原点且斜率为的直线，它是具有制动器制动力分配系数为的汽车的实际前、后制动器的制动力分配线，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线交点处的附着系数为同步附着系数。轮胎与地面的附着系数取得：附着系数利用率： （14）式中：汽车总的地面制动力 汽车所受重力 制动强度得出：即当时，利用率最高。3.3 制动强度和附着系数利用率前面的式（8），（14）已分别给出了制动强度和附着系数利用率的定义式，下面再讨论一下当，和时的和。根据所选定的同步附着系数，可由式（10）和式（13）求得 （15） （16）式中：汽车轴距，进而求得： （17） （18）当时，可能得到的最大总之动力取决于前轮刚刚首选抱死的条件，即。由式（8），式（9），式（14）和式（17）得 （19） （20） （21）当时，可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首选抱死的条件，即。由式（8），式（9），式（14）和式（18）得 （22） （23） （24）对于值恒定的汽车，为使其在常遇附着系数范围内不致过低，其值总是选得小于可能遇到的最大附着系数。因此在的良好路面上紧急制动时，总是后轮先抱死3.4 制动器最大制动力矩为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩。最大制动力式在汽车附着质量被完全利用得条件下获得的，这是制动力与地面作用于车轮的法向反力成正比。由式（10）可知，双轴汽车前、后车轮附着力同时被充分利用或前、后轮同时抱死的制动力之比为式中：汽车质心离前、后轴的距离； 同步附着系数； 汽车质心高度。通常，上式的比值：轿车约为1.31.6本设计中制动力之比为1.5。制动器所能产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，即式中：前轴制动器的制动力，； 后轴制动器的制动力， 作用于前轴车轮上的地面法向反力； 作用于后轴车轮上的地面法向反力； 车轮有效半径。对于常遇的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数值的汽车，为了保证在的良好路面上（）能够制动到后轴车轮和前轴车轮先后抱死滑移（此时制动强度），前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力矩为 （25） （26）对于选取较大值的各类汽车，则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。当时，相应的极限制动强度，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为 （27） （28）式中：该车所能遇到的最大附着系数； 制动强度，由式（3-23）确定； 车轮有效半径。一个车轮制动器应有的最大制动力矩为按上列公式计算所得结果的半值。综上所述得：N.mN.m3.5 利用附着系数与制动效率制动力分配的合理性通常用利用附着系数与制动强度的关系曲线（见图7）予以评定。利用附着系数就是在某一制动强度下，不发生任何车轮抱死所要求的最小路面附着系数。图7是与图6的前、后制动力分配曲线相对应的同一型号汽车的利用附着系数曲线。其最理想的情况是利用附着系数等于制动强度这一关系，即图7中的45线（）。图7 某货车的利用附着系数与制动强度的关系曲线Fig.7 Relation curve of the attach coefficient and brake intensity of a lorry汽车前轮刚要抱死或前、后轮刚要同时抱死时产生的减速度为，则而由式（6），有 可得前轴车轮的利用附着系数为 （29）同样，如下可求出后轴车轮的利用附着系数。而由式（6），有故后轴车轮的利用附着系数为 （30）得出：前、后轴车轮的利用附着系数为制动效率为车轮不抱死的最大制动减速度与车轮和地面间摩擦因素之比值。亦即车轮将要抱死时的制动强度与被利用得附着系数之比，即制动效率可表示为由式（29）和式（30）即可求出汽车前轴车轮和后轴车轮的制动效率。汽车前轴车轮的制动效率为 （31）汽车后轴车轮的制动效率为 （32）得出汽车前、后轴车轮的制动效率为(同步附着系数时，制动强度)3.6 制动器因数制动器因数可以用下式表述： （33）式中：制动器摩擦副工作表面间的摩擦力； 制动器摩擦副工作表面间的法向力，对盘式制动器，； 制动器摩擦副工作表面间的摩擦系数； 盘式制动器衬块上的作用力。制动器因数在制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即 （34）式中：制动器的摩擦力矩； 制动盘的作用半径；输入力，一般取加于两制动块的压紧力的平均值为输入力。对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为，则制动盘在其两侧工作面的作用半径上所受的摩擦力为，此处为盘与制动块间的摩擦系数，于是钳盘式制动器的制动器因数为 （35）式中：摩擦系数。（取）得出制动器因数为：3.7 盘式制动器主要参数与摩擦系数的确定1.制动盘直径制动盘直径希望尽量答谢，这时制动盘的有效半径得以增大，就可以降低制动钳的压紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。但制动盘直径选择为轮辋直径的7079，而总质量大于2t的汽车应取其上限。本设计中前通风盘直径mm，后普通实心盘直径mm。2.制动盘的厚度制动盘厚度直接影响着制动盘质量金额工作室的温升。为使质量不致太大，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。制动盘可以制成实心的，而为了通风散热，又可在制动盘的两工作表面之间住处通风孔道。通常，实心制动盘厚度可取为1020mm；具有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸，即制动盘的厚度可取为2050mm，但多采用2030mm。本设计中前通风盘厚度为30mm，后实心盘厚度为16mm。【10】3.摩擦衬块内半径外半径的比值比值不能不大于1.5。若此比值偏大，工作室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。初选外径略小于制动盘直径（323mm,280mm）即初选摩擦衬块外径 mmmm，摩擦衬块内径初选mmmm。合格，合格。4.摩擦衬块工作面积根据制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在kg/cm范围内选取。（初选）由 kg/cm则： cm cm计算出的面积为摩擦片最小面积，初选摩擦面积为 cm cm4 制动器的设计计算4.1 摩擦衬块的磨损特性计算试验表明，摩擦表面饿的温度、压力、摩擦系数和表面状态等式影响磨损的重要因素。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/mm。双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 （36）式中：汽车回转质量换算系数； 汽车总质量； 汽车初速度与终速度，m/s；计算时轿车取km/h(27.8m/s) 制动时间，s；按下式计算 制动减速度，m/s，计算时取； 前、后制动器衬块的摩擦面积； 制动力分配系数在紧急制动到时，并可近似地认为，则有 （37）合适合适轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于 W/mm。比能量耗散率过高，不仅会加快制动摩擦衬块的磨损，而且可能引起制动盘的龟裂。磨损特性指标也可用衬块的比摩擦力即单位摩擦面积的摩擦力来计算。单个车轮制动器的比摩擦力为 （38） 式中：单个制动器的制动力矩 制动盘有效半径 单个制动器衬块摩擦面积磨损和热的性能指标也可用衬块在制动过程中由最高制动初速度至停车所完成的单位衬块面积的滑磨功，即比滑磨功来衡量： （39） 式中：汽车总质量，kg； 汽车最高车速，m/s； 车轮制动器各制动衬块的总摩擦面积，cm； 许用比滑磨功，对轿车取J/cm。4.2 制动器热容量和温升的核算要核算制动器的热容量和温升是否满足下列条件： （40） 式中：各制动盘的总质量；kg与各制动盘相连的受热金属件（如轮毂、制动钳体等）的质量；kg制动盘材料的比热容，对铸铁J/(kg.K)，对铝合金 J/(kg.K)； 制动盘的温升（一次由km/h到完全停车的强烈制动，温升不应超过15）；满载汽车制动时由动能转变的热能，由于制动过程迅速，可以认为制动产生的热能全部为前、后制动器所吸收，并按前、后轴制动力的分配比率分配给前、后制动器，即 （41）式中：满载汽车总质量；kg 汽车制动时的初速度，可取m/s； 汽车制动器制动力分配系数。J而208800J139200J制动器的热容量与温升符合要求。【13】4.3 盘式制动器制动力矩计算盘式制动器的计算用简图如图8所示，若衬块的摩擦表面与制动盘接触良好且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩为 （42）式中：摩擦系数： 单侧制动块对制动盘的压紧力，见图4-1； 作用半径。对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，则取为平均半径或有效半径已足够精确。如图9所示，平均半径为mmmm式中：，扇形摩擦衬块的内半径和外半径，进图4-2图8盘式制动器的计算用简图Fig.8 Calculation sketch of the disk brake图9盘式制动器的作用半径计算用图Fig.9 Working radius of the disk brake根据图4-2，在任一单位面积上的摩擦力对制动盘中心的力矩为，式中为衬块与制动盘之间的单位面积上的压力，则单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩为得到：N.m N.m单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为得到;N N得有效半径为得：mmmm令，则有因，故所以此方法成立。5 制动器主要部件的结构设计与计算5.1 制动盘制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，或用添加Cr，Ni等的合金铸铁制成。其结构形状有平板形（用于全盘式制动器）和礼貌形（用于钳盘式制动器）两种。后一种的圆柱部分长度取决于布置尺寸。【8】制动盘在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，钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘，这样可大大地增加散热面积，降低温升约为2030，但盘的整体厚度较厚。而一般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在1020mm。本设计中制动盘的装上整车后，上紧幅板螺栓后，每个螺栓的拧紧力矩为51N.m盘两摩擦表面的摆动量不大于0.10。制动盘的材料为QT600-3、GB1348。5.2 制动钳制动钳由可锻铸铁KTH370-12或球墨铸铁QT400-18制造，也可用轻合金制造的，例如铝合金压铸。可做成整体的，也可做成两半并由螺栓连接。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。一般多在钳体上加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。钳盘式制动器油缸直径比鼓式制动器的轮缸大得多。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。有的将活塞开口端部切成阶梯状，形成两个相对且在同一平面内的小半圆环形端面。活塞由铸铝合金制造。为了提高其耐磨损性能，活塞的工作表面进行镀烙处理。当制动钳体由铝合金制造时，减少传给制动液的热量则成为必须解决的问题。为此，应减小活塞与制动块背板的接触面积，有时也可采用非金属活塞。【9】制动钳在汽车上的安装位置可在车轴的前方或后方。制动钳位于车轴前可避免轮胎甩出来的泥、水进入制动钳，位于车轴后则可减小制动时轮毂轴承的合成载荷。本设计中制动钳为整体式的，钳体由球墨铸铁制造，活塞为铝合金制。且制动钳位于车轴前方。5.3 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或铆接或粘结在一起。衬块多为扇形，也有矩形、正方形或长圆形的。活塞应能压住尽量多的制动块面积，一面衬块发生卷角而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。为了避免职称是产生的热量传给制动钳而引起制动液气化和减小制动噪声，可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘（或喷漆）一层隔热减振垫（胶）。由于单位压力大和工作温度高等原因，摩擦衬块的磨损较快，因此其厚度较大。据统计，日本轿车和轻型汽车摩擦衬块的厚度在7.5mm16mm之间。许多盘式制动器装有摩擦衬块磨损达到极限时的警报装置，以便能及时更换摩擦衬块。本设计中摩擦衬块和背板为铆接在一起的，制动块为扇形的，摩擦衬块的厚度为14mm5.4 衬块警报装置设计1-制动盘;2-摩擦衬块;3-制动块背板;4-铆钉;5-警告片;6-警告灯;7-触点图10 盘式制动器的报警装置Fig.10 Warning system of the disk brake system此次设计的衬块报警装置采用单触点式报警系统摩擦片最大磨损厚度为7mm，当摩擦片大于7mm时，制动盘与制动块背板上的警告片相摩擦，这样就使得连接于制动块触点上的警告灯亮起。从而起到了报警的作用。【16】5.5 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。奥迪A8轿车选取以是棉纤维为主并与树脂粘结剂，调整摩擦性能的填充物（由无机粉末及橡胶，聚合树脂等配成为石磨）等混合而成。各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.30.5，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取0.30.35。选用摩擦材料时应注意，一般说来，摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。5.6 制动器间隙钳盘式制动器不仅制动间隙小（单侧0.05mm0.15mm），而且制动盘受热膨胀后对轴向间隙几乎没有影响，所以一般都采用一次调准式间隙自调装置。本设计中制动间隙为0.15mm。5.7 紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算如果已知铆钉的数目n，铆钉的直径d及材料，即可验算其剪切应力：式中：铆钉材料的许用剪切应力。参照GB/T17880.5-1999 (43)6 制动驱动机构的型式选择与设计计算6.1 伺服制动器的结构形式选择伺服制动系是在人力液压制动系的基础上加设一套由其他能源提供的助力装置，使人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系按伺服系统能源的不同，又由真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动系之分。其伺服能源分别为真空能（负气压能）、气压能和液压能。【19】根据所选车型本设计采用真空伺服制动系。真空伺服制动系是利用发动机近期观众节气门后的真空度（负压，一般可达0.05MPa0.07MPa）作动力源。如图11所示采用了做前轮制动油缸与右后制动轮缸为一液压回路、右前轮制动油缸与左后轮制动油缸为另一