浮动钳盘式制动器结构及其制动性能

江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 1 浮动钳盘式制动器结构及其制动性能浮动钳盘式制动器结构及其制动性能 学院名称 专 业 班 级 姓 名 指导教师姓名 指导教师职称 2011 年 12 月 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 专 业 课 程 设 计 论 文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 2 摘要 盘式制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部 件 一般盘式制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩 使后者的 旋转角速度降低 同时依靠车轮与路面的附着作用 产生路面对车轮的制动力 以 使汽车减速 本文介绍了浮钳盘式制动器结构组成 其组成元件的连接固定 分析了浮动钳盘式 制动器的优缺点及应用 关键词 制动器 制动力矩 结构 性能 The structure and characteristics of floating caliper disc brake Abstract Disc brake is the parts of force used to hinder the movement of vehicles or the trend of movement in the brake system Disc brakes are generally through that the fixed component exerts the braking torque to the fixed component used to decrease the latter angular velocity while relying on the attachment between the wheels and the pavement the pavement get the braking force to the wheels to make the car slow down The article describes the structure of floating caliper disc brake and the installation of its component analyzes the floating caliper disc brake get its advantages disadvantages and application Key words Brake Braking torque Structure Characteristics 序 言 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 3 第 1 章 制动器的概述 2 第 2 章 盘式制动器 3 2 盘式制动器简介 3 2 盘式制动器的特点 4 2 盘式制动器的主要元件 5 2 4 盘式制动器的优点 9 2 5 盘式制动器的缺点 9 第 3 章 浮动钳盘式制动器的结构 11 3 浮钳盘式制动结构分析 11 3 浮钳盘式制动器工作原理 11第浮动钳盘式制动器的制动力矩 14 4 1 浮动钳盘式制动器的受力分析 14 4 2 钳盘式制动器制动力矩计算 14 4 3 钳盘式制动器制动力矩的影响因 素 15 第 5 浮动钳盘式制动器的特点 19 5 1 钳盘式制动器的优点 19 5 2 钳盘式制动器的缺点 19 5 3 与鼓式制动器的区别 19 参考文献 序 言 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 4 盘式制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件 除了 竞赛汽车上才装设的 通过张开活动翼板以增加空气阻力的空气动力缓速装置以外 一般盘式制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩 使后者的旋转 角速度降低 同时依靠车轮与路面的附着作用 产生路面对车轮的制动力 以使汽 车减速 目前盘式制动器已广泛应用于轿车 但除了在一些高性能轿车上用于全部 车轮以外 大都只用于做前轮制动器 而与后轮的鼓式制动器配合 以期获得汽车 较高车速下制动时的方向稳定性 在货车上 盘式制动器目前也采用得不少 但离 普及还有相当距离 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是一个以端面工作的金属圆盘 称为制动盘 其固定元件则有着多种结构形式 大体上可分为两类 一类是工作面积不大的摩擦 块与其金属背板组成的制动块 每个制动块中有 2 4 个 这些制动块及其促动装置 都装在横跨制动盘两侧的 夹钳 形支架中 统称为制动钳 这种由制动盘和制动 钳组成的制动器称为钳式制动器 另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形 使用这种固定元件 制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触 这种制动器称为全 盘式制动器 钳式制动器过去只用做中央制动器 但目前愈来愈多地被各种轿车和 货车用作车轮制动器 全盘式制动器只是少数汽车用作车轮制动器 个别情况下还 可以作为缓速器 钳盘式制动器又可分为定钳盘式 固定式制动钳 和浮钳盘式 可移动式制动 钳 两类 第 1 章 制动器的概述 制动器是具有使运动部件 或运动机械 减速 停止或保持停止状态等功能的 装置 是使机械中的运动件停止或减速的机械零件 俗称刹车 闸 制动器主要由 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 5 制架 制动件和操纵装置等组成 有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置 为了减小制动力矩和结构寸制动器通常装在设备的高速轴上 但对安全性要求较高 的大型设备 如矿井提升机 电梯等 则应装在靠近设备工作部分的低速轴上 制动器是汽车涉及行驶安全性的关键部件 随着汽车工业的发展 车速越来越 高 载荷越来越大 而对制动器的尺寸要求越来越小 这意味着制动器部件单位面 积所承受的载荷及吸收的能量会大大增加 因而对制动器性能的要求也越来越高 对行驶的汽车进行制动时 将摩擦部件 摩擦片 压到车辆的转动部件 制动盘 上 摩擦使转动部件减速或停止运动 因此发热是动摩擦的必然结果 制动器 brake staff 可以分两大类 工业制动器和汽车制动器 汽车制动器 又分为行车制动器 脚刹 驻车制动器 手刹 在行车过程中 一般都采用 行车制动 脚刹 便于在前进的过程中减速停车 不单是使汽车保持不动 若行 车制动失灵时才采用驻车制动 当车停稳后 就要使用驻车制动 手刹 防止车 辆前滑和后溜 图 1 1 制动器分类 第 2 章 盘式制动器 2 1 盘式制动器简介 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 6 盘式制动器有液压型的 由液压控制 主要零部件有制动盘 分泵 制动钳 油管等 制动盘用合金钢制造并固定在车轮上 随车轮转动 分泵固定在制动器的 底板上固定不动 制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧 分泵的活塞受油 管输送来的液压作用 推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动 动作起来就好像用钳 子钳住旋转中的盘子 迫使它停下来一样 盘式制动器散热快 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 而且不怕泥水侵袭 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 很多轿车采用的盘式制动器有平面式制动盘 打孔式制动盘以及划线式制动盘 其 中划线式制动盘的制动效果和通风散热能力均比较好 盘式制动器沿制动盘向施力 制动轴不受弯矩 径向尺寸小 制动性能稳定 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是 以端面工作的金属圆盘 被称为制动盘 其固定元件则有着多种结构型式 大体上 可分为两类 一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块 每个制动 器中有 2 4 个 这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中 总称为制动钳 这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器 另一类 固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形 制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接 触 这种制动器称为全盘式制动器 钳盘式制动器过去只用作中央制动器 但目前 则愈来愈多地被各级轿车和货车用作车轮制动器 全盘式制动器只有少数汽车 主 要是重型汽车 采用为车轮制动器 这里只介绍钳盘式制动器 钳盘式制动器又可 分为定钳盘式和浮钳盘式两类 图 2 1 盘式制动器示意图 2 2 盘式制动器的特点 盘式制动器与鼓式制动器相比 有以下优点 一般无摩擦助势作用 因而制动 器效能受摩擦系数的影响较小 即效能较稳定 浸水后效能降低较少 而且只须经 一两次制动即可恢复正常 在输出制动力矩相同的情况下 尺寸和质量一般较小 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小 不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显 增加而导致制动踏板行程过大 较容易实现间隙自动调整 其他保养修理作业也较 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 7 简便 对于钳盘式制动器而言 因为制动盘外露 还有散热良好的优点 盘式制动 器不足之处是效能较低 故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高 一 般要用伺服装置 目前 盘式制动器已广泛应用于轿车 但除了在一些高性 能轿车上用于全部车轮以外 大都只用作前轮制动器 而与后轮的鼓式制动器配合 以期汽车有较高的制动时的方向稳定性 在货车上 盘式制动器也有采用 但离普 及还有相当距离 2 3 盘式制动器的主要元件 2 3 1 制动盘 制动盘即刹车盘 是一个金属圆盘 是用合金钢制造并固定在车轮上 随车 轮转动 车辆行驶过程中踩刹车时制动卡钳夹住制动盘起到减速或者停车的作用 一般制动盘上有圆孔 其作用是减轻重量和增加摩擦力 制动盘种类繁多 特点是 壁薄 盘片及中心处由砂芯形成 不同种类制动盘 在盘径 盘片厚度及两片间隙 尺寸上存在差异 盘毂的厚度和高度也各不相同 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 8 图 2 2 制动盘 2 3 2 制动钳 钳盘式制动器是取其形状而得名 它由液压控制 主要零部件有制动盘 分泵 制 动钳 油管等 制动盘用合金钢制造并固定在车轮上 随车轮转动 分泵固定在制 动器的底板上固定不动 制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧 分泵的活 塞受油管输送来的液压作用 推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动 动作起来就好 像用钳子钳住旋转中的盘子 迫使它停下来一样 钳盘式制动器散热快 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 而且不怕泥 水侵袭 在冬季和恶劣路况下行车 有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔 以加速通风散热和提高制动效率 盘式制动器沿制动盘向施力 制动轴不受弯矩 径向尺寸小 制动性能稳定 图 2 3 制动钳 2 3 3 制动块 定义 安装在气胎外圆柱面上 或安装在制动钳部件中 用摩擦材料制成的块 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 9 状零件 图 2 4 制动块总成示意图 1 制动块 2 制动衬垫 3 压板 4 紧固螺栓 5 垫圈 6 钢背 7 联接螺 栓 2 3 4 摩擦材料 定义 用于或指定用于摩擦条件下工作的材料 摩擦材料是一种应用在动力机械上 依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部 件材料 它主要包括制动器衬片 刹车片 和离合器面片 离合器片 刹车片用 于制动 离合器片用于传动 任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传 动装置 摩擦材料是这种制动或传动装置上的关键性部件 它最主要的功能是通过 摩擦来吸收或传递动力 如离合器片传递动力 制动片吸收动能 它们使机械设备 与各种机动车辆能够安全可靠地工作 所以说摩擦材料是一种应用广泛又甚关键地 材料 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 10 2 3 5 制动器间隙的调整方法及相应机构 盘式制动器的形式很多 从机构上说多是制动盘在中间 与动力装置成一体 盘式制动器的制动板在制动盘的 2 边 中间有 0 5 2mm 左右的间隙 视制动器的大 小而定 制动时 在制动器动力的作用下 制动板向中间夹紧 将制动盘夹住 机械装置停止运转 制动器的动力有电磁式的 也有液压式的 盘式制动器的间隙 的调节 一般是调节制动板的位置 根据说明书 调节相应的螺栓即可 但调节时 注意制动板不容许碰到制动盘 且 2 边间隙要相等 制动器动作时 要夹紧 对上 下运行的机构 必须做额定载荷吊重试验 并有相当的余量 桑塔纳轿车后轮制动器的制动间隙是自动调整的 如图所示 图 2 5 桑塔纳轿车后轮制动器制动间隙自动调整原理示意图 1 制动底板 3 弹簧 5 压杆 6 制动杆 7 制动蹄总成 21 制动轮缸 其调整原理 如图 3 4 所示 在制动蹄 7 和 17 之间有一制动压杆 5 相连 制 动压杆两端开有缺口 其左端缺口端面也在楔形快 20 的齿形面上 楔形块另一侧 齿形面压在斜楔支承 19 上 制动压杆 5 右端缺口端面顶住制动杆 6 制动压杆 5 右端缺口的头部有一压杆凸耳 它与制动杆 6 之间有一个设计间隙 s 拉簧 3 的一 头钩住制动蹄 17 的腹板 另一头钩在压杆 5 右端的钩尖内 使压杆紧紧压住楔形 块 20 和斜楔支承 19 斜楔支承是用铆钉紧固在制动蹄 17 上的 因此拉簧 3 也就将 压杆紧压在楔形块 20 和制动蹄 17 上了 弹簧 4 的一头钩在压杆左端的孔内 另一 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 11 头钩在制动蹄 7 的腹板上部 使压杆与制动杆紧贴在一起 制动时 轮缸活塞制动蹄 7 和 17 各自绕自己与止挡板接触的支点转动 由于 拉簧 3 的刚度设计得比弹簧 4 大 所以压杆始终压住楔形块 20 与制动蹄 17 一起向 左方向运动 制动杆用销轴 2 压铆在制动蹄 7 的腹板上 可以绕销轴自由摆动 在 制动蹄 7 转动时 随着由于磨损而引起的制动间隙增加 制动杆与压杆原接触处逐 渐分开 而与压杆凸耳的距离则越来越小 但是只要制动间隙不超过 s 值 制动杆 就不会与压杆凸耳接触 在这种情况下不会发生间隙调整 这是通常行车制动时的 情况 当制动间隙增加 s 时 若此时进行行车制动 活塞推动制动蹄 17 向左方向转 动 这时在拉簧 3 作用下楔形块和制动压杆向左移动 而制动蹄 7 向右方转动时制 动杆移动了相应的距离后将与压杆凸耳接触 并克服拉簧 3 和 4 的拉力将压杆向右 移动 这样压杆和楔形块之间便产生了间隙 拉力弹簧 12 将楔形块往下拉 直到 压杆和楔形块重新接触 填补这个间隙 撤销制动时 在拉簧 3 4 11 作用下 虽然制动蹄要复位 但由于楔形块已 下行填补了间隙 因此制动蹄 7 和 17 已不可能恢复到制动前的位置 于是原来由 于磨损变大的制动间隙便得到了补偿 恢复到初始的设置值 制动时 这个过程反 复进行 实现了制动间隙的自动调整 2 4 盘式制动器的优点 由于刹车系统没有密封 因此刹车磨损的细削不到于沈积在刹车上 碟式刹车 的离心力可以将一切水 灰尘等污染向外抛出 以维持一定的清洁 此外由于碟 式刹车零件独立在外 要比鼓式刹车更易于维修 2 5 盘式制动器的缺点 碟式刹车除了成本较高 基本上皆优于鼓式刹车 不过光就这一点 便成了它 致命伤 人都爱钱嘛 除非你非常富有 否则买东西基本上都是先以钱先做考量 您说是或不是 盘式制动器又称为碟式制动器 顾名思义是取其形状而得名 它由 液压控制 主要零部件有制动盘 分泵 制动钳 油管等 制动盘用合金钢制造 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 12 并固定在车轮上 随车轮转动 分泵固定在制动器的底板上固定不动 制动钳上的 两个摩擦片分别装在制动盘的两侧 分泵的活塞受油管输送来的液压作用 推动摩 擦片压向制动盘发生摩擦制动 动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子 迫使它 停下来一样 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 而且不怕泥水侵袭 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 有些盘式制动器的制动盘上还 开了许多小孔 加速通风散热提高制动效率 反观鼓式制动器 由于散热性能差 在制动过程中会聚集大量的热量 制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂 的变形 容易产生制动衰退和振抖现象 引起制动效率下降 当然 盘式制动器也 有自己的缺陷 例如对制动器和制动管路的制造要求较高 摩擦片的耗损量较大 成本贵 而且由于摩擦片的面积小 相对摩擦的工作面也较小 需要的制动液压高 必须要有助力装置的车辆才能使用 所以只能适用于轻型车上 而鼓式制动器成本 相对低廉 比较经济 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 13 第 3 章 浮动钳盘式制动器的结构 3 1 浮钳盘式制动结构分析 浮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内 制动钳体 2 通过导向销 6 与车桥 7 相连 可以相对于制动盘 1 轴向移动 制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸 而外侧的制 动块则附装在钳体上 制动时 液压油通过进油口 5 进入制动油缸 推动活塞 4 及 其上的摩擦块向右移动 并压到制动盘上 并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向 左移动 直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动 与定钳 盘式制动器相反 浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小 而且制动液受热汽化的机 会较少 此外 浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下 只须在行车制 动钳油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可 故自 70 年代以来 浮钳盘式制动器逐渐取代了定钳盘式制动器 3 2 浮钳盘式制动器工作原理 制动系统的一般工作原理是 利用与车身 或车架 相连的非旋转 元件和与车轮 或传动轴 相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮 的转动或转动的趋势 可用一种简单的液压制动系统示意图来说明制 动系统的工作原理 一个以内圆面为工作表面的金属制动 鼓固定在车轮 轮毂上 随车轮一同旋转 在固定不动的制动底板上 有两个支承销 支承着两 个弧形制动蹄的下端 制动蹄的外圆面上装有摩擦片 制动底板上还装有液压制动 轮缸 用油管 5 与装在车架上的液压制动主缸相连通 主缸中的活塞 3 可由驾驶 员通过制动踏板机构来操纵 当驾驶员踏下制动踏板 使活塞压缩制动液时 轮 缸活塞在液压的作用下将制动蹄片压向制动鼓 使制动鼓减小转动速度 或保持不 动 使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩 制动力矩是设 计 选用制动器的依据 其大小由机械的型式和工作要求决定 制动器上所用摩擦 材料 制动件 的性能直接影响制动过程 而影响其性能的主要因素为工作温度和 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 14 温升速度 摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性 摩擦材料分金属 和非金属两类 前者常用的有铸铁 钢 青铜和粉末冶金摩擦材料等 后者有皮革 橡胶 木材和石棉等 在了解某款车型的刹车系统时 您可能经常会听到 前盘后 鼓 或 前碟后鼓 这四个字 那么 它到底是什么意思呢 最近就有读者通过电子 邮件询问有关汽车制动系统 的问题 比如盘式制动器和鼓式制动器 的区别 通风 盘和实心盘的不同之处等等 目前车市中很多发动机排量 较小的中低档车型 其 制动系统大多采用 前盘后鼓式 即前轮采用盘式制动器 后轮采用鼓式制动器 比如常见的一汽大众捷达 长安铃木奥拓 及羚羊 比亚迪福莱尔 东风悦达起亚 千里马 上海通用赛欧等等 我们先来简单了解一下后轮经常采用的鼓式制动器 实际应用差别很明显 盘刹比鼓刹好用 刹车鼓中的石棉材料会致癌 鼓刹与盘 刹各有利弊 在刹车效果上 鼓刹与盘刹的相差并不大 因为刹车时 是轮胎和 地面的摩擦力让车子逐渐停止下来的 如果车身小巧 车身重量轻 后轮采用鼓刹 就足以使轮胎和地面产生足够的摩擦力了 如果后轮使用盘刹 ABS 和 EBD 系统 也会自动降低其刹车力度 以保证后轮不会失去抓地力出现打滑 抱死现象 散热 性上 盘刹要比鼓刹散热快 通风盘刹的散热效果更好 在灵敏度上 盘刹会更高 些 不过在下雨天道路泥泞的情况下当刹盘沾了泥沙后刹车效果就会大打折扣 这 也是盘刹的缺点 费用方面 鼓刹较盘刹更低 而且使用寿命更长 因此一些中低 档车多会采用鼓刹 中高档以上的车型基本采取四轮盘刹 汽车设计者从经济与 实用的角度出发 一般轿车采用了混合的形式 前轮盘式制动 后轮鼓式制动 四轮轿车在制动过程中 由于惯性的作用 前轮的负荷通常占汽车全部负荷的 70 80 因此前轮制动力要比后轮大 轿车生产厂家为了节省成本 就采用前 轮盘式制动 后轮鼓式制动的方式 四轮盘式制动的中高级轿车 采用前轮通风盘 式制动是为了更好地散热 至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因 毕竟通 风盘式的制造工艺要复杂得多 价格也就相对贵了 随着材料科学的发展及成本的 降低 在轿车领域中 盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向 一般制动器都是通过 其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩 使后者的旋转角速度降低 同时依靠车 轮与地面的附着作用 产生路面对车轮的制动力以使汽车减速 凡利用固定元件与 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 目前汽车所 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 15 用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类 旋转元件固装在车轮或半轴上 即制动 力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器称为车轮制动器 旋转元件固装在传动 系的传动轴上 其制动力矩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 图 3 1 制动器工作原理示意图 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 16 第 4 章 浮动钳盘式制动器的制动力矩 4 1 浮动钳盘式制动器的受力分析 图 1 为浮动钳盘式制动器的受力简图 制动器摩擦副中的旋元件是圆盘形的制 动盘 当活塞受油缸液压力的作用下推动摩擦片沿轴向移动 以一定的压力压向制 动盘时 在摩擦衬片与金属盘之间会产生相应的摩擦阻力 在正常工作状态下 根据浮钳盘式制动器工作原理 在静力的某一平衡状态下 制动钳受力如下 1 制动盘反作用力通过内侧摩擦 活塞和制动液介质作用在 制动钳体的油缸侧壁 2 制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力 3 与支架相接螺栓孔处有来自支架对钳体的作用力 支架在正常工作状态下的受力情况如图 2 所示 1 制动盘与摩擦衬片之间 的摩擦力通过制动块传递到支架上 2 支架与转向节固定处来自转向节的反作用 力 3 与钳体相接处来自钳体的反作用力 4 2 钳盘式制动器制动力矩计算 钳盘式制动器制动力矩计算 钳盘式制动器动力矩计算简图如图 在钳盘式制动器扇形摩擦衬面上取微小面积 图 4 1 扇形摩擦衬片转动力矩计算简图 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 17 这微小面积上产生的微摩擦力矩为如图所示 若摩擦片与制动盘面接触良好 且各处单位压力分布均匀 则在任一单元面积R dR d 上的摩擦力对制动盘中 心的力矩为 qR2dR d 式中 q 为摩擦片与制动盘之间的单位面积上的压力 为 摩擦片的摩擦系数擦片作用于制动盘上的制动力矩为 3 4 则盘式制动器的总制动力矩为 依据制动盘与轮缸液压传递关系可得 2 2 22 22 21 21 1 4 1 2 2 d d qpP R R R R 式中 d 为轮缸直径 mm p 为轮缸中的压强 M Pa R1 为摩擦片内半径 mm R2 为摩擦片外半径 mm 为摩擦片 圆心角 rad 故制动器力矩表达式可表示为 2 33 21 22 21 2 2 43 f R Rd TUp R R 令 33 21 e 22 21 2 3 R R R R R 则一个摩擦衬片所产生的制动力矩可由下式积求得 4 3 钳盘式制动器制动力矩的影响因素 一 制动输入力的影响 从公式 1 分析可知 增大制动输入力就可以直接 增加制动力矩 但要根据情况具体分析 1 摩擦力分析 两个粗糙表面在干摩擦 状态下 摩擦力主要由三部分组成 1 在摩擦副相对运动时 双方微凸体顶峰的相互切削阻力 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 18 2 在一定的压应力和局部高温条件下 摩擦副微凸体接触点瞬时冷焊为一 体 由于相对运动 使这些局部高温粘结点分离 克服结点粘结的阻力便形成了摩 擦力的一部分 3 存在于摩擦面的磨损物在随同摩擦运动过程中 一方面有可能重新压入 摩擦面而形成新的微凸峰而产生切削阻力 另一方面这些磨粒在摩擦面上以滑动和 滚动形式运动过程中 不断对摩擦副表面产生切削也构成了摩擦力的一部份 其 中摩擦界面粘结的形成和断裂对摩擦力影响较大 可以断定 制动输入力达到一 定值 摩擦力 F N N 制动盘上制动压力 制动摩擦副摩擦系数 制动 力矩与制动输入力不再是线性关系 增大制动力超过摩擦材料所承受的压应力值 过量的输入力将产生滑磨功 E1 F 2rn 式中 F 过大的制动输入力 高温时摩擦材料摩擦系数 r 制动半径 n 转动圈数 从能量转换角度分析 整个 制动过程由动能转化为热能 式中 m 整车质量 E 制动消耗能量 V1 制动初速度 V2 制动结束时车速 对于载重车辆 特别是满载高速时 E 值非常大 由于制动时间短 产生的热量 与外界可视为无热交换 而热量在摩擦副上扩散速度有限 大量的热量集中在摩擦 副接触表面 摩擦副表面瞬间功率可达到 10MW m2 制动功率图见图 2 所以盲 目增大制动输入力 会加速摩擦片磨损 减少制动器寿命 同时过大的推力增加了 卡钳体的变形 容易造成疲劳失效 1 制动半径的影响 制动半径 r 是转动中心到摩擦片受力中心的距离 增加制动半径是增加制动力 矩最有效的办法 能够在不增加输入力的情况下直接增大制动力矩 对制动器寿命 影响最小 但是 制动半径不能无限增加 它受到轮辋直径的限制 图 3 从图 3 上可以知道 卡钳体首先要避免与轮辋和气门芯发生干涉 需要留有一定间隙 考虑卡钳体的强度 卡钳需要一定的壁厚 所以 R 盘 R 轮辋 h d R 盘 制动盘半径 R 轮辋 轮辋半径 h 轮辋与卡 钳间隙 s 气门芯与卡钳的间隙 d 卡钳体壁厚 制动盘半径又限制了制动半径 为了增加制动半径 国外制动器厂家对卡钳体进行有限元分析 针对应力分布对卡 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 19 钳体结构进行改善 设计变截面壁厚 减少干涉部分壁厚 从而增加制动半径 除了结构干涉的影响 制动半径还受到摩擦片偏磨的制约 图 4 是一摩擦片受力分 析示意图 两推杆中心处于同一圆弧上 圆弧半径是摩擦片内外半径算术平均值 假设摩擦片与制动盘完全接触 根据摩擦片实际受力情况建立有限元模型 进行受 力分析 压应力明显大于其他部位 从载荷加载图上看到 摩擦片上部的载荷线密度明 显大于下部 根据滑磨功计算公式 可知 即使摩擦片表面受力均匀 r 值越大 滑磨位移越大 摩擦片上部磨损越快 如果按照图 4 所示的推杆处于摩擦片中心 只会加速摩擦片偏磨 导致摩擦片厚薄不均 减少摩擦片寿命 增大制动噪声 造 成制动跑偏 因此需要平衡滑磨位移和制动压力两者的关系 将推杆加力中心向转 动中心移动 减少制动半径 2 摩擦系数的影响 由公式可知 摩擦系数 也可以直接增加制动力矩 但是摩擦材料 值在高 温 高压下并不恒定 变化很大 正常情况下 摩擦系数越高 耐磨性越差 所以 不宜单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数 相对而言 摩擦系数的稳定性和偏离正常 值的敏感性对制动器更可靠 目前摩擦系数比较普遍的稳定值约为 0 3 0 5 为 了提高摩擦系数 除了改进摩擦片材料 目前主要有以下 3 种方式 1 增加摩擦 片面积 增加摩擦片面积 减少了制动时摩擦片上压应力 减少因制动压力过大而 产生的热能 目前双推杆式 ADB 基本上应用这种方式增加制动力矩 2 增加摩 擦片的柔韧性 增加摩擦片柔韧性 可以增加摩擦片与制动盘的接触面积 从而增 加制动力矩 这种方式对摩擦材料要求比较高 目前在国外已经开始应用 取得不 错的效果 3 增加制动盘厚度 制动瞬间 制动盘吸收 99 左右制动产生热能 如果能够降低制动盘的温度 则有利于摩擦系数的稳定 目前多孔隙的加厚制动盘 已在国内外开始使用 三 增加制动力矩的新技术 增加制动力矩就是增加汽车的 安全系数 增加制动力矩的研究已不限于常规影响制动力矩的几个主要因素 目前 国外已经出现了滑动双盘式制动器 内外盘都可以在转轴上沿花键槽轴向自由滑动 制动时内摩擦片推动内盘 中 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 20 摩擦片 外盘 外摩擦片 从而形成制动 这种形式制动器保证制动压力和制动半 径不变的情况下 直接增加摩擦副数量 从制动器效能因素分析 BF 2nf 式中 BF 为制动效能因素 n 为制动盘数量 f 为摩擦系数 增加一个制动盘 制动效 能增加 2 倍 实际试验数据表明 新系统的制动力可提高到原来的 1 7 倍 同时热 负荷也可以大大降低 这种新制动器将在明年上市 主要对象为液压盘式制动器 在 ADB 上应用还需要通过验证 四 实际产品改进 应用于城市公交车和中卡车 结构为单推杆 制动半径 168mm 设计制动力矩 2 2 万 N m 为了满足制动力矩 的要求 压力臂增力比超过 20 实际试验数据表明 制动力远小于设计值 分析 原因可能有以下几点 1 制动半径偏小 2 单推杆不能保证摩擦副之间均匀的压应力 局部变形较大 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 江苏技术师范学院课程设计说明书 论文 21 第 5 章 浮动钳盘式制动器的特点 5 1 钳盘式制动器的优点 A 热稳定性好 制动盘暴露在外 散热快 基本无热衰退现象 连续多次使用 制动力矩变化小 B 水稳定性好