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哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 题 目 轻型商用车盘式制动器及其制动管路相关设计 专 业 车辆工程 学 号 1079311105 学 生 刘欢欢 指 导 教 师 张伟 答 辩 日 期 12月28号 哈工大华德学院哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名： 刘欢欢 学号： 1079311105 专业： 车辆工程 毕业设计（论文）题目： 轻型商用车盘式制动器及其制动管路相关设计 工作起止日期：2010年10月10日起 至2010年12月28日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：_指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见：_ _评阅教师签字：_ 评阅教师职称：_答辩委员会评语：_根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语：_答辩委员会主任（签字）： 职称：_答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年 月 日哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓 名： 刘欢欢 院 （系）：汽车工程系 专 业：车辆工程 班 号：0793111 任务起至日期： 2010 年 10 月 10日至 2010 年12月28日 毕业设计（论文）题目：轻型商用车盘式制动器及其制动管路相关设计 立题的目的和意义：制动器是制动系中用以产生阻碍车辆运动的制动力的部件。制动器的结构形式和性能参数的选则合理与否，直接对汽车的安全性有较大的影响。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。本设计的目的是根据整车参数进行汽车前后轴载荷计算；前后轴所需最大制动力矩计算；前后轴制动力矩分配理想曲线的分析以及制动系统中主要组成部件的计算、分析以及确定各部件的设计方案，以使汽车制动系统的零部件满足汽车制动的需要。使前后轴制动力分配符合或接近理想制动力分配的要求，从而提高汽车制动时的制动效能以及制动效能的稳定性，提高汽车的行驶安全性。 技术要求与主要内容：在设计时首先考虑轻型商用车的总体方案要求，在借鉴原型车制动系统的基础上，提出对制动系统总体方案。接着，根据制动系统总体方案，进行制动系统系统中盘式制动器各零部件的设计计算，在计算时应重点计算对制动器整体性能影响较大的零部件如：制动盘、制动块、制动钳等。最后，对关键零件进行强度校核.并应用CAD进行装配图的绘制。 进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料。 第一周（10月1310月17 2、提交设计草稿，进行讨论、修定，做开题答辩 第二周（10月1810月22）3、初步确定制动器的总体布置及合理性分析。 第三周（10月2510月31）4、制动系统的部分设计计算。 第四周（11月0111月07）5、制动器设计计算 第五周（11月0811月14）6、总体装配设计计算及草图预备 第六周（11月1511月21）7、绘制草图及中期检查答辩。 第七周（11月2211月28）8、提交正式设计图纸及论文草稿，教师审核。 第八周（11月2912月05） 9、完成设计说明书。 第九周（12月0612月12） 10、审查修改图纸、计算及设计说明书 。 第十周（12月1312月19） 11、设计答辩。 第十一周（12月2012月26）： 同组设计者及分工：由本人一人完成指导教师签字_ 年 月 日 系（教研室）主任意见： 系（教研室）主任签字_ 年 月 日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘要当今，随着高速公路路网的不断发展，汽车车速得提高以及车流密度的增大，对汽车制动系统的工作可靠性要求日益重要，制动器则是制动系统的执行机构，其性能好坏直接影响汽车的安全。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。此外，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，已成为企业成功的关键。本文主要根据已有的CA1041车辆的数据对制动系统的前盘式制动器及制动管路进行设计。首先介绍了汽车制动系统的发展、结构、分类，并通过对鼓式制动器和盘式制动器的结构和优缺点进行分析。最终确定选用通风浮动盘式制动器。除此之外，还介绍了前后制动器、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等的设计过程。关键词：盘式制动器；制动钳；液压；制动管路ABSTRACT It is to carry on the transformation to design to originally design to the car rear wheel drum type brake, the transformation is Elysee car, repack its drum type brake into the a type of floating brake. Nowadays, with the constant development of the highway network at a high speed, the car speed must be improved and the increase of the density of rate of traffic flow, the working dependability to car brakes is required increasingly importantly, the brake is the executive body of brakes, its quality of performance influences the security of the car directly. The a type brake is regarded as the substitute products of the drum type brake, of simple structure, quality little, hot stability fine, react sensitive, and apt to get rid of muddy water filth,etc. with the aid of centrifugal function of brake disc, it is convenient too to maintain. This text introductory song expound records of type advantage of brake, introduce hydraulic pressure and atmospheric pressure records of type structure and operation principle of brake respectively. And to records of type brake brake disc designed, design to apply the brake pincers,etc., school and method have explained. And then and design the brake to make power and meet the demands in Institute of Computing Technology. Carried on the analysis of finite element to the brake disc finally. Keyword: A type brake; Apply the brake to restrain; Make motive force 目 录摘要 ABSTRACT第1章 绪论.1 1.1 制动系统简介.2 1.2 盘式制动器优点.3 1.3 盘式制动器发展历史与趋势.4 1.4 课题的意义及其必要性.4 1.5 课题研究的方法和内容.4第2章 盘式制动器结构特点6 2.1 压盘式制动器的分类及结构特点.6 2.1.1浮动钳盘式制动器.7 2.1.2固定钳盘式制动器.8 2.1.3全盘式制动器.8 2.2 主动零部件的设计.8 2.2.1制动盘.8 2.2.2制动钳.10 2.2.3制动块.10 2.2.4摩擦材料.10 2.2.5制动摩擦衬片.12 2.2.6盘式制动蹄片上的制动力矩.13 2.2.7摩擦衬片的磨损特性计算.15 2.2.8制动器的热容量和温升的核算 .16第3章 盘式制动器布置.16 3.1 制动力匹配.16 3.1.1 汽车制动时的受力及相关分析.16 3.1.2制动力匹配实例.21 3.1.3利用附着系数.21 3.2 制动管路的多回路系统.26总结 29致谢.30参考文献.31附录1.32附录2.36-III-哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 制动系统简介汽车制动系统可以分为四种制动系统，即行车制动系统、应急制动系统、驻车制动系统以及辅助制动系统。行车制动系统:使汽车在行驶过程中降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统。应急制动系统:在行车制动系统失效的情况下，保证汽车能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统。驻车制动系统：用以使已经停止的汽车驻留原地不动的一套装置，称为驻车制动系统。辅助制动系统：为在下长坡时保持稳定车速，避免超速失事，并减轻或能解除行车制动装置负荷的制动系统。制动系统按能量的传输方式，制动系统又可分为：机械式-小型拖拉机，农用车；液压式-轿车、轻型车辆；气压式-中、重型车辆；电磁式-中、重型车辆；同时采取两种以上传能方式的制动系统，又可以称为组合式制动系统，如气顶油制动能量的传输方式。汽车制动系统由执行机构和控制机构组成。执行机构是产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力(制动力)的部件。除包括制动鼓，制动蹄，制动盘，制动钳，制动轮缸外，还应包括报警装置，压力保护，故障诊断等部件。控制机构是为适应所需制动力而进行操纵控制，供能，调节制动力，传递制动能量的部件。包括助力器，踏板，ABS等。制动系统是影响汽车行驶安全的重要部分，应该满足以下功能:可以降低行驶汽车的车速，必要时可以在预定的短距离内停车，并维持行驶方向的稳定性。下长坡时能维持一定的车速驻留制动功能，是对己经停驶的汽车，特别是在坡道上停驶的汽车，使其可靠地驻留原地不动。在上坡或下坡过程中停车时，必须稳定地驻留原地不动。汽车制动性能的好坏直接影响汽车的安全性，其评价指标为：制动效能，即制动距离和制动减速度；制动方向的稳定性，即制动时汽车不发生跑偏，侧滑以及失去转向能力；制动效能的恒定性，即抗热衰退性和水衰退性的能力。表11为一些国家对轿车制动系统的要求：表11各国制动系统性能要求项目中国欧盟（EEC）71/320瑞典F18美国105试验路面干水泥路面附着良好Skid No.81载重满载一个驾驶员或满载任何载荷轻，满载制动初速度80Km/h80Km/h80Km/h60mile/h制动稳定性不许偏出3.7通道不抱死跑偏不抱死跑偏不抱死跑偏3.66m制动距离或减速度50.7m50.7m,5.8m/ S25.8 m/S265.8m踏板力500N500N500N66.7-667N1.2 盘式制动器优点与鼓式制动器相比，盘式制动器具有以下突出优点：(l)热稳定性好盘式制动器无自增力作用，因而与有自增力的鼓式制动器相比(尤其是领从蹄式)，制动器效能受摩擦系数的影响较小，即制动效能稳定。鼓式制动器受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与制动蹄中部接触，从而降低了制动效能。而盘式制动器中制动盘的轴向热膨胀极小，径向热膨胀根本与性能无关，故不会因此而降低制动效能。 (2)水稳定性好盘式制动器中摩擦块对制动盘的单位压力较高，易于将水挤出。在车轮涉水后，制动效能变化较小，且由于离心力的作用及衬块对制动盘的摩擦作用，出水后只需一二次制动，性能即可恢复。而鼓式制动器则需多次甚至10余次制动，性能方能恢复。(3)反应灵敏盘式制动器刹车片与制动盘之间的间隙相对与鼓式制动器来说要小;此外，鼓式制动器制动行程要比盘式制动器的长，制动鼓热膨胀也会引起制动踏板行程损失，使得制动反应时间变长，而制动盘不存在此现象，故反应较之鼓式制动器更加灵敏。(4)散热性好盘式制动器的制动盘采用的是通风盘结构，再加上盘式制动器相对开放的结构，散热性能良好。(5)在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量较小。(6)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。(7)容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。除了以上制动性能的优势外，盘式制动器在使用中还有噪音低，符合环保及可靠要求；振动小，改善了乘坐舒适性等优点。由于具备稳定可靠的制动性能，盘式制动器大大改善了汽车高速制动时的方向稳定性，因此取代传统的鼓式制动器已成为现代制动器发展的必然趋势。其中液压盘式制动器(以下简称HDB)体积较小，提供的制动力矩也相对较小，一般用于轿车等轻型车辆上，尤其是轿车，盘式制动器几乎已经成为现代轿车的标准配置之一。而气压盘式制动器(以下简称ADB)体积相对较大，提供的制动力矩也较大，故大量应用于客车等中重型车辆上，发展前景非常广阔。1.3 盘式制动器发展历史与趋势上个世纪20年代初，盘式制动器就已经问世，但直到30年代后期才开始逐步应用于列车、坦克及飞机的制动上。由于制造技术的进步和人们认识的不断提高，盘式制动器的优点逐渐被汽车设计师们所认识。60年代以来，盘式制动器已经风靡美，日，欧等西方发达国家，广泛应用于轿车和轻，中型车辆的前轮上，一些高级轿车前后轮均采用了盘式制动器。在一些大客车和重型汽车上也得到了广泛应用。目前，西方发达国家轿车配置盘式制动器的比例几乎达到100%。在一些中重型车辆上面，2000年左右，ADB就已经成为欧美国家城市公交车辆的标配，载重车辆的后桥安装率也超过了50%。目前欧美国家生产盘式制动器比较著名的有Boseh，TRW，wabco，Bendix和Knorr等。我国汽车工业起步较晚，故应用盘式制动器的时间较晚，上世纪80年代虽在一些轿车上开始应用，但大多数是引进国外成品或散件。近些年来，由于我国汽车行业发展迅猛，尤其是轿车等乘用车辆通过与外国公司的合作发展非常之快，也带动了HDB的发展，目前国内生产HDB的技术及工艺相对较为成熟，也具备了自主研发能力，规模相对较大的一些公司有武汉元丰，浙江亚太，浙江万安等。ADB在我国应用则更晚，国内最大的ADB供应商武汉元丰厂成立于1998年。目前ADB形成量产规模的也只有武汉元丰和浙江万安两家。上述几家公司虽然都有一定规模，但是与欧美发达国家公司相比，差距仍然较大。发达国家盘式制动器的发展目前己进入双盘式制动器和机电一体化的阶段，如图（1-1）和图（1-2）所示。图1-1双盘式制动器图 图1-2机电一体化制动器1.4 课题的意义及其必要性盘式制动器散热快、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，能显著减少制动距离，为车辆提供可靠的安全保障。同时，能显著减少制动噪声，有效解决制动引起噪声污染。从市场前景上分析，盘式制动器作为鼓式制动器的替代产品，市场需求量大。随着汽车技术的不断发展，基于人性化设计的低底盘车辆;基于乘坐舒适性的空气弹簧悬架系统;基于使汽车制动时更加可控的ABS、ESP等电子系统都将逐步应用到各种车辆上，盘式制动器能更好的与这些先进的技术匹配，因此，无论是液压还是气压盘式制动器，前景都很广阔。从技术上看，发达国家盘式制动器制造和研发水平已相当成熟，而我国盘式制动器生产企业由于可以引进先进的设备，制造工艺相对成熟，但研发目前都还处于模仿阶段，对盘式制动器及其与整车的匹配进行深入研究有利于提高我国汽车零配件企业盘式制动器的研发水平，缩小与发达国家的差距。1.5 课题研究的方法和内容盘式制动器是由制动钳、制动块、制动盘和其它部件组成，目前，汽车盘式制动器的制动钳大都采用浮钳式结构。显然，具有浮钳式结构的制动钳，其结构对制动器系统的稳定性有很大的影响。通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，研究各部件之间的运动状态。确定轻型货车盘式制动器的的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。使其达到以下要求：具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；本系统采用型双回路的制动管路以保证制动的可靠性；采用真空助力器使其操纵轻便；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。第2章 盘式制动器结构特点2.1 压盘式制动器的分类及结构特点按摩擦副中固定摩擦元件的结构来分，液压盘式制动器分为钳盘式和全盘式制动器两大类。钳盘式制动器由旋转元件(制动盘)和固定元件(制动钳)组成。制动盘是由装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中的摩擦块和促动装置组成。摩擦块是由工作面积不大的摩擦材料和金属背板组成。每个制动器中一般有24个摩擦块。两摩擦块之间装有作为旋转元件的制动盘。摩擦块与制动盘的接触面积较小，在盘上所占的中心角一般仅约为300500，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，维修也方便。但摩擦块的面积较小，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。钳盘式制动器过去只作中央制动器，现在则J“泛被各级轿车和货车作为车轮制动器。按制动钳的结构型式，钳盘式制动器又可分为浮动钳式和固定钳式两种。目前应用最为广泛的是浮动钳盘式制动器。全盘式制动器的旋转元件也是以端面工作的金属圆盘(制动盘)，其固定元件是呈圆盘形的金属背板和摩擦块，工作时制动盘和摩擦块之间的摩擦面完全接触。全盘式制动器只在少数汽车(主要是重型汽车)上作为车轮制动器，个别情况下用作缓速器。2.1.1 浮动钳盘式制动器浮动钳盘式制动器的制动钳体是浮动的，其浮动方式有两种，一种是制动钳可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕支承销摆动。故有滑动钳盘式制动器和摆动钳盘式制动器之分。浮动钳盘式制动器的工作原理如图（2-1）：制动器的制动油缸是单侧的，内摩擦块为活动的，外摩擦块则置于支架上。制动时在油液压力Pl作用下，活塞推动内摩擦块压靠到制动盘，而反作用力P2则动制动钳体连同外摩擦块压向制动盘的另一侧，直到两摩擦块的受力相等为止。当制动结束以后，由于密封圈要恢复原形，对活塞有回位力的作用，活塞得以回位。密封圈既密封又作为回位弹簧。图2-1浮动钳盘式制动器工作示意图浮动钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可将制动器进一步移近轮毅，同一组摩擦块可兼用于行车制动和驻车制动。由于浮动钳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30一50，汽化的可能性较小，但由于制动钳体为浮动的，必须设法减少滑动处的摩擦、磨损和噪声。基于以上优缺点的比较及市场需求，现在大多使用滑动钳盘式制动器2.1.2 固定钳盘式制动器固定钳盘式制动器在汽车上的应用较浮动钳式的要早，其制动钳的刚度好，除活塞和摩擦块外无其他滑动件。但由于活塞需分置于制动盘两侧，使结构尺寸较大，布置也较困难;需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高;制动产生的热经制动钳体上油路传给制动油液，易使其因温度过高而产生气泡，影响制动效果。另外，由于两侧摩擦块均靠活塞推动，很难兼用于由机械操纵的驻车制动。图（2-2）为一典型的固定钳盘式制动器。固定钳盘式制动器的制动钳体固定在转向节(或桥壳)上，既不能旋转，也不能沿制动盘轴线方向移动，因而在制动盘的制动钳体内有两个液压油缸，其中各装有一个活塞，如图（2-3）。制动钳分为内侧钳体和外侧钳体，由螺栓连接起来，摩擦块由导向销悬装在钳体上，可沿导向销移动。当制动液进入两个活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的摩擦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，回位弹簧将两摩擦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盘式制动器。图2-2固定钳盘式制动器图2-3固定钳盘式制动器工作原理图2.1.3 全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，其工作原理犹如摩擦离合器，故亦称为离合器式制动器。使用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，因此多采用油冷式，结构较复杂。2.2 主要零部件的设计2.2.1 制动盘制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，活用添加Cr，Ni等的合金铸铁制成。其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。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。带有通风槽的制动盘，其厚度在20mm-22.5mm之间。而一般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在10mm-30mm之间。制动盘的工作表面应光洁平整，制造时应严格控制表面的圆跳动量、两侧面的平行度及制动盘的不平衡量，下表给出了几种车型这些量的数据。制动盘直径D希望尽量大些，这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。但制动直径D受轮辋直径的限制。通常，制动盘的直径D选择为轮辋直径的70-79，而总质量大于2t的汽车应取其上限。2-2一些轿车制动盘的参数车型表面圆跳动/mm两侧表面的平行度/mm静不平衡量/Ncm奥迪0.030.010.5云雀0.050.031.5奥拓0.0151.0有的文献认为：制动盘的两侧表面不平行度应大于0.008mm；盘的表面摆差不应大于0.1mm；制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm。制动盘厚度h直接影响着制动盘质量和工作时的温升。为使质量不致过大，制动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度不宜过小制动盘可制成实心的，而为了通风散热，又可在制动盘的两工作面之间铸出通风孔道，通常实心盘厚度可取为10mm20mm；具有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸，即制动盘的厚度取为20mm50mm，但多采用20mm30mm。CA1041轻型货车轮辋直径为16in(1in=0.0254m)16in0.0254m=0.4064m制动盘直径D=（0.700.79）轮辋直径=（0.700.79）0.4064m=321取制动盘直径D=355 mm2.2.2 制动钳制动钳由可锻铸铁KTH37012或球墨铸铁QT5007制造，也有用轻合金制造的，例如用铝合金制造可做成整体的，也可以做成两半并有螺栓连接。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。制动钳体应有较高的强度和刚度。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。钳盘式制动器油缸直径比鼓式制动器中的轮缸大得多。为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面。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或由钢制造。为了提高其耐磨损失性能，活塞的工作表面进行镀铬处理，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，因减少活塞与制动块背板的接触面积，有时也可以采用非金属活塞。活塞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，位于车轴后则可减少制动轮毂轴承的合成载荷。2.2.3 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接在一起。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，以免衬块发生卷角而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液气化或减少制动噪声，可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘一层隔热减震垫。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，中重型汽车的摩擦衬块的厚度在14 mm22mm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。本设计取制动盘厚度为h=15mm。推荐摩擦衬块的外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若其比值偏大，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，接触面即将减小，最终会导致制动力矩变化大。取摩擦衬块外半径，内半径 则摩擦衬块半径选取符合要求。2.2.4 摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能要好，不应在温升到某一参数值后摩擦系数突然急剧下降，材料应有好的耐磨性，低的吸水率，低的压缩率、低的热传导率和低的热膨胀率，高的抗压、抗拉、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性能；制动时应不产生噪声、不产生不良气味，应尽量采用污染小和对人体无害的摩擦材料。当前，在制动器中广泛采用着模压材料，它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂与噪声消除剂等混合后，在高温下模压成型的。模压材料的挠性较差，故应按衬片或衬块规格模压，其优点是可以选用各种不同的聚合树脂材料，使衬片具有不同的摩擦性能及其他性能。另一种为编织材料，它是用长纤维石棉与铜丝或锌丝的合丝编织的布，浸以树脂结合剂经干燥后辊压制成。其绕性好，剪切后可以直接铆到任意半径的制动蹄或制动带上。在100 oC 120 oC温度下，它具有较高的摩擦系数，冲击强度比模压材料高45倍。但其耐热性差，在200 oC 250 oC以上即不能承受较高的单位压力，磨损加快。因为，这种材料仅适用于中型以下汽车的鼓式制动器，尤其是带式中央制动器。无石棉摩擦材料是以多种金属、有机、无机材料的纤维或粉末代替石棉作为增强材料，其他成分和制造方法与石棉模压摩擦材料大致相同。若金属纤维和粉末的含量在40%以上，则称为半金属摩擦材料，这种材料在美、欧各国广泛用于轿车的盘式制动器上，已成为制动摩擦材料的主流。粉末冶金摩擦材料是以铜粉或铁粉为主要成分，掺上石墨粉、陶瓷粉等非金属粉末作为摩擦系数调整剂，用粉末冶金方法制成。其抗热衰退和抗水衰退性能好，但造价高，适用于高性能轿车和行驶条件恶劣的货车等制动器负荷重的汽车。各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约0.30.5，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取f=0.30.35。选用摩擦材料时应考虑到:通常，摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。表2-2列出了各种摩擦材料主要性能指标的对比，供设计时参考。表2-2摩擦材料性能对比摩擦材料性能有机类无机类制法编织物石棉模压半金属模压金属烧结金属陶瓷烧结硬度软硬硬极硬极硬密度小小中大大承受负荷轻中中重中重中重摩擦系数中高低高低高低中低高摩擦系数稳定性差良良良优优常温下的耐磨性良良良中中高温下的耐磨性差良良良优优机械强度中高低中低中高高热传导率低中低中高高抗振鸣优良中良差差抗颤振中良中对偶性优良中良差差2.2.5 制动摩擦衬片在GB57631998汽车用制动器衬片中，将制动摩擦衬片按用途分成4类，其中第1类为驻车制动器用;第2类为微型、轻型汽车鼓式制动器用;第3类为中、重型汽车的鼓式制动器用：第4类为盘式制动器用。其摩擦性能见表2-3：表2-3 汽车制动器摩擦衬片的摩擦性能类别项目试验温度100C150C200C350C1类摩擦系数f0.30-0.700.25-0.700.20-0.70指定摩擦系数的允许偏差f0.100.120.12磨损率v/(Nm)1.002.003.002类摩擦系数f0.25-0.650.25-0.700.20-0.700.15-0.70指定摩擦系数的允许偏差f0.080.100.120.12磨损率v/(Nm)0.500.701.002.003类摩擦系数f0.25-0.650.25-0.700.25-0.700.20-0.70指定摩擦系数的允许偏差f0.080.100.120.12磨损率v/(Nm)0.500.701.001.504类摩擦系数f0.25-0.650.25-0.700.25-0.700.25-0.70指定摩擦系数的允许偏差f0.080.100.120.12磨损率v/(Nm)0.500.701.001.502.2.6 盘式制动蹄片上的制动力矩盘式制动器的计算用简图如图25所示，今假设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 （2-1） 式中：摩擦系数；N单侧制动块对制动盘的压紧力(见图2-5)；R作用半径。 图2-5盘式制动器计算用图 图2-6钳盘式制动器作用半径计算用图对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，取R为平均半径或有效半径已足够精确。如图（2-5）所示，平均半径为 式中 ，扇形摩擦衬块的内半径和外半径。根据图（2-6），在任一单元面积只上的摩擦力对制动盘中心的力矩为，式中q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 单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为 得有效半径为 令，则有 （2-2） 因，故。当，。但当m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦表面在不同半径处的滑磨速度相差太大，磨损将不均匀，因而单位压力分布将不均匀，则上述计算方法失效。由求得：N则单位压力 Nm Nm因此盘式制动器主要参数选取也符合设计要求。2.2.7 摩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/mm2。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 (2-3) 式中：汽车回转质量换算系数；汽车总质量；，汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时总质量3.5t以上的货车取=18m/s；制动减速度，m/s2，计算时取=0.6；制动时间，s；Al，A2前、后制动器衬片的摩擦面积；制动力分配系数。在紧急制动到时，并可近似地认为，则有 (2-4) 盘式制动器比能量耗损率以不大于6.0W/mm2为宜。比能量耗散率过高，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。 W/mm2因此，符合磨损和热的性能指标要求。2.2.8 制动器的热容量和温升的核算应核算制动器的热容量和温升是否满足如下条件 (3.48) (2-5)式中：各制动鼓的总质量；与各制动鼓相连的受热金属件(如轮毂、轮辐、轮辋等)的总质量；制动鼓材料的比热容，对铸铁c=482 J/（kgK），对铝合金c=880 J/（kgK）；与制动鼓(盘)相连的受热金属件的比热容；制动鼓(盘)的温升(一次由=30km/h到完全停车的强烈制温升不应超过15)；L满载汽车制动时由动能转变的热能，因制动过程迅速，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 (2-6) 式中：满载汽车总质量；汽车制动时的初速度；汽车制动器制动力分配系数。盘式制动器：由以上计算校核可知符合热容量和温升的要求。本章小结本章通过对盘式制动器分类及结构的介绍，以及在网络和书籍上查找到的数据资料与权威论文，选出要应用在本设计的制动器类型，并对其制动盘，制动钳，制动摩擦衬片等材料进行了设计计算。第3章 盘式制动器布置3.1 制动力匹配制动力的匹配是在进行汽车制动系统设计时最重要也最复杂的一环，其中前后(对两轴车而言)制动力分配则是制动力匹配的核心部分。对于三轴及三轴以上车辆来说，制动力如何分配更是复杂。制动力匹配不仅要考虑整车参数，车型的使用情况(包括行驶制动工况，路况，气候等)，还要符合相关的法规。其中我国与汽车制动性能相关的法规主要是GB7285和ZBT24。3.1.1 汽车制动时的受力及相关分析3.1.1.1 汽车制动时受力分析图3-1汽车制动时受力示意图图（3-1）为两轴汽车制动时受力示意图，图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩，其中：Z1车制动时水平地面对车轮的法向反力，单位N；Z2为汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，单位N；L为汽车轴距，单位mm；L1为汽车质心到轴的距离，单位mm；L2为汽车质心到后轴的距离，单位mm；hg为汽车质心高度，mm；G为汽车所受重力，单位N；m为汽车质量，kg；FB1为前轮地面制动力，单位N；FB2为后轮地面制动力，单位N；对后轮接地点取力矩可以得到：Z1L2+m(du/dt)hg (3-l)对前轮接地点取力矩，可以得到: Z2L=GL1-m(du/dt)hg (3-2)上两式可以求得地面的法向反力为: (3-3) (3-4)若在不同附着系数的路面上制动，前后轮都抱死(不论是同时抱死，还是分别先后抱死)，此时，或地面作用于前后轮的法向反用力则为: (3-5) (3-6)3.1.1.2 I 曲线前面己经指出，制动时前后轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均较为有利。此时前后轮制动器制动力和的关系曲线，常称之为理想的前后轮制动器制动力分配曲线。在任何附着系数的路面上，前后轮同时抱死的条件是:前后轮制动器制动力之和等于附着力;并且前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即同时满足下列三个式子:或满足下列二式：将(3-5)和(3-6)代入上式，可以得到: (3-7) (3-8)消去变量，则可以得到前后制动器制动力的关系式了： (3-9) 由式(37)画成的曲线即为前后车轮同时抱死时前后轮制动器制动力的系曲线理想的前后轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线，如图（3-2）所示应当指出的是，I曲线是踏板力增加到前后轮同时抱死拖滑时的前后轮器制动力的分配曲线。车轮同时抱死时，所示I曲线也是车轮同时抱死时和的关系曲线。还应进一步指出，汽车前后轮制动器制动力常不能按I曲线的要求来分配制动过程中常是一根轴先抱死，随着踏板制动力的进一步增加，接着另外一根轴抱死。显然I曲线还是前后轮都抱死后的地面制动力FB1与FB2，即和的关系曲线。本设计车型所给定的整车参数：汽车轴距L: 2850mm.汽车空载及满载时的总质量： 空载=2180kg 满载=4060kg满载时质心距前后轴中心线的距离： 前轴=1199mm 后轴=1781mm质心高度: 空载=730mm 满载=950mm 3.1.1.3 具有固定比值的前后制动器制动力与同步附着系数 不少两轴汽车的前后制动器制动力之比为一固定值。常用前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表明分配的比例，称为制动器制动力分配系数并以符号表示，即=由上式可以得到： ,且: (3-10)若用表示，则为一直线，此直线通过坐标原点，且其斜率为: tg=(1-)/.这条直线为实际前后制动器制动力分配线，简称线，如图（3-2）所示。图中线与I曲线(满载)交于某一点，此时的附着系数等于。线与 I曲线交点处的附着系数为同步附着系数。它是由汽车参数的结构决定的，反映汽车制动性能的一个参数。同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在同一种附着系数，即同步附着系数路面上制动时才能使前后轮同时抱死。同步附着系可以用解析法求得。设汽车在同步附着系数路面上制动时，此时前后轮同时抱死，综合式(37)，(38)，(310)可以得到下式:图（3-2）f、r线组与线下面利用线，I曲线，f与r线组分析货车在不同值路面上的制动过程。货车的同步附着系数汽=0.39，其中线，I曲线，f与r线组如图32所示。 (l)当必o时，设=0.7，制动开始时，前后车轮均为抱死，故前后轮地面制动力和制动器制动力均沿线增长，到B点时，线与势=0.7的f线相交，地面制动力符合后轮先抱死的状况，后轮开始抱死，此时的减速度是0.6g。从B点以后，再增加踏板力，FB1和FB2将会沿=0.7的r线变化。但是继续制动时，后轮法向反作用力有所减少，因而后轮的地面制动力沿r线有所下降。但前轮未抱死，当和沿线增长时，始终有FB1=。当和到B，点时，r线与I曲线相交，此时前轮达到抱死时所需的地面制动力FB1，前后轮均抱死，汽车获得的减速度为0.7g。 由此可见，线位于I曲线上方时，制动时总是后轮先抱死。因而容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。3.1.2 制动力匹配实例在进行实际制动力匹配时，整车参数确定意味着整车所需的制动力也确定了。制动力应满足整车的需要，也应满足法规所规定的要求。这里需要指出的是，由于车辆在行驶过程中，除了行驶在同步附着系数路面上以外，是不可能同时抱死的，针对不同的车型所行驶的路况，所需求的前轮或后轮抱死情况也是不同的。比如说，货车经常行驶于山路等多弯路况，是不允许制动时前轮抱死的，因为前轮先死失去转向能力比后轮先抱死发生侧滑的危险性要大。而在雨较大的平原地区，则汽车后轮先抱死发生侧滑所造成的交通事故可能性更大。 在不采取比例阀等控制装置时，制动力分配曲线如图所示：图（3-3） 实际制动力分配的三种情况A-主要考虑满载，同步附着系数较小。但在空载或半空载时后轮易抱死产生侧滑。B-兼顾空满载两种制动工况要求。同步附着系数大，这是一般车辆设计师所采用的。C-主要考虑空载工况。没有同步附着系数，经常发生前轮首先抱死失去转向能力的情况，在山区的车辆不能采取这种方案。由图可知，线是我们想要的，它与空满载时的理想动力分配曲线都要相交，对各种不同值路面的适应能力较理想，是一般时应参考的模型。3.1.3 利用附着系数为了防止后轴侧滑和前轮失去转向能力，汽车在制动过程中最好既不出现后轴车轮先抱死的情况，也不出现前轴车轮先抱死或者前后车轮都抱死的情况。所以应当以即将出现车轮抱死但还没有任何车轮抱死时的制动减速度作为汽车能产生的最高减速度。从以上分析可知，若在同步附着系数的路面上制动，则汽车的前后轮同时达到抱死的工况，此时的制动减速度为du/dt=zg，z称为制动强度。显然，z=o，o为同步附着系数。在其它附着系数路面上制动时，达到前轮或后轮抱死时的制动强度要比路面附着系数小。即不出现前轮或后轮抱死时的制动强度必小于地面附着系数，也就是z。因此可以说，只有在=o的路面上时，地面附着系数均得到较好的利用。而在或的路面时，出现前轮或后轮抱死，地面附着系数均得到较好的利用。这一点在上述分析中可以看出，这个结论也常常这样来描述:汽车以一定的减速度制动时，出去制动强度z=外，不发生车轮抱死时所要求的(最小)路面附着系数总大于其制动强度。这个要求的路面附着系数称之为汽车在该制动强度时的利用附着系数。显然利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件发挥得越充分，汽车的制动力分配也越合理。通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动力分配的合理性。下面分别将求出前轮或后轮提前抱死时，前轴和后轴的利用附着系数。前轴的利用附着系数可按下式求出:设汽车前轴或前后轴同时刚要抱死时产生的减速度为du/dt=zg，式中z为制动强度。则有如下关系式:又由此可以得到前轴的利用附着系数可以如下方法求得：由此可以得到前轴的利用附着系数。3.2 制动管路的多回路系统为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，即应是双管路的。应将汽车的全部行车制动器的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路失效后，其他完好的回路仍能可靠地工作。根据GB 72582004规定制动系统部分管路失效的情况下，应能有一定的制动力。 （a） （b） （c） （d） （e）1双腔制动主缸；2双回路系统的一个分路；3双回路的另一分路图3-2双轴汽车液压双回路系统的5种分路方案图（3-2）为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统的五种分路方案图。选择分路方案时主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。图（3-2）(a)为前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，简称型。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。在各类汽车上都有采用，但在货车上用得最广泛。这一分路方案若后轮制动管路失效，则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。对于前驱动的轿车，当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将显著降低并小于正常情况下的一半，另外由于后桥负荷小于前轴，则过大的踏板力会使后轮抱死导致汽车甩尾。图（3-2）(b)为前、后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即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，称交叉型，简称X型。其特点是结构也很简单，一回路失效时仍能保持50%的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。此时前、后各有一侧车轮有制动作用使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。所以具有这种分路方案的汽车，其主销偏移距应取负值(至20mm)，这样，不平衡的制动力使车轮反向转动，改
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