轿车盘式制动系统设计【含开题答辩ppt】【含4张CAD图纸+PDF图】
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XX 本科毕业设计（论文）论文题目：轿车盘式制动系统设计专 业：XX班 级：2XX学生姓名：XX学 号：XX指导教师：XX答辩日期：20XX年6月9日XXX摘要一辆汽车安全与否,制动系统起到至关重要作用，而制动器又是制动系统中核心所在，所以，制动器性能好坏直接影响汽车安全。盘式制动器具有反应灵敏、热稳定性好、结构简单便于制造等优点，所以盘式制动器已经逐步取代鼓式制动器。但是盘式制动器也存在着一些问题，如制动噪声、热衰退等，这些问题也存在于鼓式制动器中，盘式制动器虽然对其进行一定程度的改善，但并未完全解决。在设计中根据轿车盘式制动特点，对制动系统结构进行进一步研究和设计。首先查阅相关文献资料，了解汽车制动原理，然后根据其原理选择简单液压制动系统作为其制动系统，并根据汽车相关结构参数，对制动器主要零部件结构参数进行选型和设计计算，最后通过制动性能分析计算得出制动器制动效果较好，强度高，使用寿命得到增加。关键词：盘式制动器；结构选型；制动性能分析- III - AbstractA car is safe or not, its braking system plays a very important role, while the brake is the core in the braking system, therefore, the brake performance will directly influence the vehicle safety. Disc brakes have the advantages of sensitive reaction, good thermal stability, simple structure and easy to manufacture, so disc brakes have gradually replaced the traditional drum brakes. However, there are some problems in disc brakes, such as brake noise, heat decline and so on. These problems also exist in drum brakes. Although disc brakes have improved to a certain extent, they have not been completely solved.In the design according to the characteristics of disc brake car, for further research and design of braking system structure. First of all, consult the relevant literature, understand the principle of automobile braking, and then choose the simple hydraulic brake system as its brake system according to its principle, and according to the related structural parameters of the car, select and calculate the structural parameters of the main parts of the brake. Finally, the brake brake is calculated and calculated through the analysis and calculation of the braking performance. The effect is good, the intensity is high, and the service life is increased. Keywords: disc brakes; Structure selection; Braking performance analysisIII- III - 目 录摘要IAbstractII前言1第1章 绪论21.1 制动系统研究的目的及目前发展现状21.2 设计的预期目标21.3 盘式制动器的发展方向2第2章 制动器的类别42.1 鼓式制动器42.2 盘式制动器5第3章 制动系统方案的分析与选择73.1 简单制动系统73.2 动力制动系统73.3 伺服制动系统8第4章 盘式制动器概述94.1 盘式制动器的原理及特点94.2 盘式制动器的组成104.2.1 制动盘104.2.2 制动块104.2.3 制动钳114.3 盘式制动器的控制机构114.4 制动器材料的选择12第5章 制动系统设计计算135.1 汽车的相关参数135.2 制动器相关计算145.2.1 同步附着系数分析取值145.2.2 前后制动力矩分配系数145.2.3 确定制动器制动力矩145.3 盘式制动器结构参数的确定155.3.1 制动盘直径D155.3.2 制动盘厚度155.3.3 摩擦衬块的内外半径确定155.3.4 摩擦衬块的工作面积165.3.5 摩擦衬块的摩擦系数165.4 盘式制动器制动力计算175.5 盘式制动器主要零部件材料的选择175.5.1 制动盘175.5.2 制动钳185.5.3 制动块185.5.4 制动轮缸185.5.5 摩擦材料18第6章 液压制动机构设计计算196.1 选择液压分路系统196.2 液压制动主缸的设计206.3 确定前、后轮制动轮缸直径d216.4 确定制动主缸直径d0226.5 制动踏板力Fp和制动踏板工作行程Sp22第7章 制动性能分析247.1 制动减速度j和制动距离S247.2 摩擦衬块的磨损特性计算24结 论26参考文献27致 谢28- 35 - 前言汽车作为当今社会最普通最方便的交通工具，它的安全性和可靠性是最重要的，因此汽车需要有适应各种路面的能力。为了使汽车能够在各种路面上都能够安全可靠的行驶，汽车的制动系统尤为重要。一辆汽车拥有一个非常优秀的制动系统，他的驾驶员也会有一个非常舒适的开车体验，并且好的制动系统也会提高汽车的整体安全性能，能够更有效的保护车内人员的安全。本文所设计的盘式制动器是时下最流行的制动器，与传统的鼓式制动器相比，盘式制动器有更优秀的制动性能。盘式制动器主要是利用制动钳与制动盘之间的摩擦衬块相互作用产生摩擦力，来使汽车能够降低速度或让停止的汽车不产生移动。盘式制动器还分为全盘式和钳盘式两大类。在杨硕老师的精心指导下，通过查阅相关的书籍资料和手册而完成的。杨老师在设计中全程辅导，并提出许多宝贵建议，对此对杨老师表示真挚的谢意。第1章 绪论1.1制动系统研究的目的及目前发展现状汽车作为当今社会最普通最方便的交通工具，它的安全性和可靠性时最重要的，因此汽车需要有适应各种路面的能力。为了使汽车能够在各种路面上都能够安全可靠的行驶，汽车的制动系统尤为重要。制动系统，其实说白了就是人们平时所说的刹车。当一辆汽车用以一定的速度在某一道路上行驶时，如果司机要是想让这辆行驶中的汽车的速度降下来的话，这就需要这辆汽车的刹车了，也就是制动系统，驾驶员利用脚踩汽车内的刹车踏板，通过一些汽车上的装置，最后达到一种能够让行驶中的汽车的速度减下来的目的。自从德国人卡尔本茨研制出世界上第一辆汽车以来，汽车从出现到现在已经有着将近200年的发展史了，在这期间汽车的本身是在不停地发展，而汽车的制动系统也在不断地更新换代，本次的设计是轿车盘式制动器的设计，盘式制动器就是目前非常流行的一种制动器，它的结构比以前的鼓式制动器要更为优秀，因此盘式制动器在目前汽车上的应用非常广泛。1.2设计的预期目标（1）制动效能良好。（2）具有良好的热稳定性。（3）制动时汽车应稳定操控。1.3 盘式制动器的发展方向随着汽车控制技术的发展，盘式制动器应向以下几个方向发展：（1）控制能力提高，从车辆安全性方面考虑，盘式制动器的制动能力要进一步加大，因此，盘式制动器的功率要加大，带速要提高，制动齿合面对于盘式制动器制动距离要加大。（2）增加功能。达到一机多用。（3）对盘式制动器的结构进行一定的修改，采用一定的安全措施，可以做到单向制动或者双向制动，达到一机多用，实现经济效益的最大化。第2章 制动器的类别当前汽车的制动一般是利用安装在汽车车轮上面的制动器来完成的，而制动器工作的原理是利用液压装置所提供的压力推动制动器上面的摩擦装置向安装在汽车车轮上面随着汽车车轮旋转的固定元件移动，使两者接触，这样就会产生一个与车轮旋转方向相反的力，制动器就是根据这个力来达到让汽车减速或停止的目的。像这种利用两个装置相互接触产生与车轮旋转方向相反的力的制动器，我们通常叫做机械摩擦式制动器。目前这种形式的制动器大体上分为鼓式制动器和盘式制动器两个种类。2.1 鼓式制动器鼓式制动器，顾名思义，就是一种非常“古老”的制动器，因为其是世界上出现最早的机械制动器。早在1902年，就已经有人将这种鼓式制动器安装在马车上面了，直到今天，鼓式制动器已经普遍用在各种汽车上面了。鼓式制动器的结构一般分为制动鼓和制动蹄片，在汽车制动的时候，鼓式制动器的制动蹄片会向着制动鼓移动，然后二者会相互压靠，这样机会得到一个阻止车轮转动的摩擦力，通过这个力来达到使让这个汽车减速制动的一个目的。鼓式制动器一般有两种不同的类型，一种制动器上面带有一条制动带，在其制动的时候这条制动带是作为整个制动器的摩擦元件，制动带上面的摩擦原件与制动鼓的外表面接触，产生制动力使汽车制动，因为这种制动器的制动带，所以这种制动器又叫做带式制动器；另一种鼓式制动器的摩擦元件两个漫圆形的摩擦片，因为它的形状好像是一个马蹄，所以这种制动器也叫做蹄式制动器。在现在的一些大型客车或货车上，一般用到的都是这种蹄式制动器，而带式制动器一般只用在一些汽车的驻车制动器上面。因此，我们通常所说的故晒制动器就是指这种蹄式制动器。而这种蹄式制动器又因为其摩擦元件受到的力有所不同，分为以下几种类型：（1）领从蹄式制动器这种制动器有两个摩擦元件，这两个元件的运动方向是相反的，其中一个与车轮的运动方向相同，叫做领蹄；另一个与汽车车轮运动方向相反，叫做从蹄。（2）单向双领蹄式制动器这种制动器的特点就在于它的两个摩擦元件上，这两个制动蹄既可以作为领蹄，也可以作为从蹄，与车轮的旋转方向有关。（3）自增力式制动器这种制动器的优点就在于其制动效能非常高，无论汽车是正向行驶还是倒车，都能够达到一种自增力的作用。以上几种制动器都属于鼓式制动器，虽然现在盘式制动器的运用要比鼓式制动器广泛的多，但是由于鼓式制动器出现的早，并且要比一般的盘式制动器的成本要低许多，所以在一些低端的汽车上仍然能够看到鼓式制动器的影子。 2.2 盘式制动器盘式制动器在目前来看要比鼓式制动器应用的广泛的多。在盘式制动器中，其与制动盘相接触的结构也有两种不同的形式，根据这一特点又将盘式制动器分成了以下两个类别：（1）钳盘式制动器这种制动器在轿车和小型的货运汽车上面运用的非常非常多，因为这种制动器的结构简单，而且其功能也是非常强大，在人们的现实生活中，它既可以做到保证驾驶员在汽车制动时的安全情况，又能做到经济实惠的原则，因此这种钳盘式制动器在目前是最流行的一种制动器。钳盘式制动器的制动钳也有两种不同的结构形式，一个叫做浮钳盘式制动器，这种制动器的特点就在于它的摩擦元件也就是制动钳是可以活动的，在汽车制动时，浮钳盘式制动器的制动钳就会朝着安装在汽车车轮上面的固定的制动盘移动，因为这种制动器的制动钳分为左右两个部分，因此在汽车制动时左右两侧的摩擦块就会将中间的制动盘紧紧夹住，这样就会达到降低汽车速度，制动的效果；另外一种钳盘式制动器叫做定钳盘式制动器，顾名思义，就是制动器上面的制动钳是固定不动的，这种制动器的优点就在于结构和制造的工艺与之前的鼓式制动器非常相似，有利于适应各种回路制动系统的要求。（2）全盘式制动器这种制动器并没用非常广泛的应用在汽车上，只是在一些非常大的重型汽车上面才有可能见到它的身影。这是因为这种制动器的散热性能非常差，并且在制动时还会产生非常刺耳的噪声，所以在设计中不采用这种全盘式制动器。在设计中所采用的是浮钳盘式制动器，因为这种制动器的结构简单，在维修和保养方面也比较容易进行，而且浮钳盘式制动器与全盘式制动器相比，二者的制动效能一样，但是这种浮钳盘式制动器它的散热性能要比全盘式制动器好得多，而且浮钳盘式制动器在制动过程中也不会有很大的刺耳的噪音产生，因此这种制动器现如今已经广泛的应用在轿车上面了。 盘式制动器与传统的鼓式制动器相比，因为所受到的摩擦系数的影响很小，所以盘式制动器的制动效能要比鼓式制动器稳定的多，所以综上所述，前后轮均选用浮钳盘式制动器。第3章 制动系统方案的分析与选择制动系统是汽车制动器的最核心的系统。在制动系统中，制动驱动的结构也有所不同。因为向制动机构提供的力的来源各不相同，因此，根据经验通常把制动系统分为以下几个类别：3.1 简单制动系统 简单制动系统，首先其最大的特点就是“简单”，因为其力的来源最为简单，就是驾驶员自己本身使用的力，因此，这种制动系又可以叫做人力制动系。由于驾驶员并不是直接作用力在制动器上，而是通过手柄、踏板等结构来传递力的，因此，这种传递力的方法又有机械传动和液压传动两种。这种利用液压力来传递驾驶员的作用力的系统，又叫做液压传动系统，此系统的优点就在于其本身的结构非常简单，可以直接在制动器的内部进行安装，并且这种液压制动系统的反应速度也是非常快的，制动时的滞后时间很短，因此安全性也高，并且它的价格也是非常经济实惠的。这种液压制动系统以前在轿车、轻型货车和部分中型货车上面应用的很多，但是这种液压制动系统的力传动比有限，因此而限制了其在汽车上的适用范围，而且，当汽车长时间制动时，其制动器的温度会升高，当液压管路受热过度时，在管路内部就会产生气泡，此时液压油的传输就会受到影响，使制动效能降低甚至失效；而且在外界温度非常低的时候，在管路内部的制动液就会变得更加粘稠，这样也会降低制动效能。因此，这种液压制动系统在现如今已经很少在轿车和小型汽车上面应用了，大多数都在微型汽车上面所应用。3.2 动力制动系统这种制动系统与上面所说的人力制动系统相比，最大的区别就是向制动器提供力的来源不同。动力制动系统是利用发动机所产生的力来为制动器提供能源。汽车发动机是作为最初始的力源，通过发动机向油泵或者气体压缩机提供能量，然后通过与制动器相连的气体或者液体管道，向制动器提供能量，从而达到使制动器工作，汽车制动的目的。在动力制动系统中，驾驶员的作用只是通过扶手或者制动踏板来控制发动机是否向制动器提供能源，并不是直接控制制动器。因为在动力制动系统中，其主要能源有空气和液压油两种形式，所以这种动力制动系统又可以细分为液压动力制动系统和气压制动系统这两种形式。无论是液压制动系统还是气压制动系统，它的制动效能都不是人力制动系统能比的，而且这种动力制动系统的反应能力也要比人力制动系统迅速，驾驶员操纵起来也会更为省力。但是由于这种制动系统本身要求较高，其本身的精密零件非常多而且结构也很复杂，出现损坏不易维修，而且在气压制动系统中，对气缸和气体运输管路的密封性的要求也很高，因此这种动力制动系统的造价非常的高，现如今基本上只应用于一些非常高档轿车或者是一些大型工厂或矿场里的重型作业车上面，在我们平时的生活中很少见到。3.3伺服制动系统伺服制动系统比之前介绍的简单制动系统和动力制动系统要更为稳定，功能更加全面，因为此系统包含了前面两种系统的特点，其动力源既可以是驾驶员本身的人力，也可以是发动机提供的动力。伺服制动系统的构造较为复杂，是在原来的简单人力制动系统的基础上额外增加了一副动力制动系统，这样做的目的就是能够保证在汽车制动的时候，若是其中的动力制动系统失灵，其制动力还可以利用驾驶员直接供给，可以达到一种双保险的效果。综合上面介绍的几种制动系统，设计的盘式制动器所选择的制动系统为简单液压制动系统。第4章 盘式制动器概述4.1盘式制动器的原理及特点图4.1盘式制动器零件图1.制动钳总体 2.制动钳支架 3.垫圈 4、4A、5、6.螺栓 6A、6B.导向销 7、8.防震弹簧 9.放气螺钉 10.防尘罩 11.制动盘 12.制动盘固定销 13.防溅盘 14.螺钉 15.弹簧垫圈 16.制动蹄 17.导向销 18.活塞密封圈 如图4.1所示，盘式制动器的主要结构包括制动盘、制动钳、油缸和输油管路，制动盘直接安装在汽车车轮上，随着车轮的转动而转动，以制动盘的端面作为摩擦面，在制动盘的两侧有一个钳形的支架，在支架上面的两侧各安有一个制动块，这个安有制动块的钳形支架叫做制动钳，油缸安装在制动器底板上，不随着车轮进行转动，摩擦衬片安装在制动钳上，分别在制动盘两侧。当汽车制动时，油缸的活塞受到油管道输送来的液压力的作用，推动制动钳摩擦片向制动盘运动，直到与制动盘接触，产生摩擦力，使车辆减速停止。4.2盘式制动器的组成4.2.1 制动盘（1）制动盘直径D 在选取制动盘直径的时候，最好是能做到尽可能的取大一些。因为盘式制动器制动时的有效半径和制动盘的直径有着直接的联系，制动盘的直径越大，它的有效半径也就越大，根据压强和面积的关系可知，在同一压强下，面积越大，所受到的压力就越小，所以，有效半径越大，其工作的有效面积就越大，这个时候制动盘所受到的单位压力就会越小，而且工作时所产生的温度也会有所降低。但是由于盘式制动器是安装在汽车车轮上面的，其大小就会受到汽车车轮大小的限制，一般制动盘直径D取车轮直径的70%-79%为佳。（2）制动盘厚度h制动盘的厚度h主要影响的是汽车在制动过程中所产生的温度和和制动器本身的质量大小，按常理来讲，制动盘的厚度应该是越小越好，因为这样可以减小制动盘的质量，降低造价，不过，在汽车制动时会产生很高的温度，要是制动盘的厚度要是太小的话，非常容易因为温度过高而损坏，因此制动盘厚度又不能太小。制动盘的厚度一般取值范围是10mm-50mm，为了能够更好的散热，我们通常会在制动盘中间加工一个孔，叫做通风孔，而这种带有通风孔的制动盘叫做通风式制动盘，其厚度h取值一般为20mm-30mm。（3）制动盘的安装与维修在一辆汽车上，制动盘是旋转部件，安装在车轮轮毂上，与车轮形成一个旋转体。制动盘的有效半径指的是从制动盘的中心到摩擦称块磨合中心的距离。根据杠杆原理可知，在摩擦力相同的情况下，制动盘的有效半径越大，则制动力越大。制动盘的磨损极限厚度为8毫米，若制动盘的厚度低于这个标准，则需要更换制动盘。4.2.2 制动块所谓的制动块，就是指制动钳压向制动盘时，固定在制动盘上面的摩擦材料，是由底板和摩擦称块组成，工作时二者压嵌在一起。摩擦称块一般为扇形，其外半径不能超过内半径的1.5倍，因为如果二者的比值过大，在制动时衬块的内外两侧的磨损就会不均匀，这样就会使衬块更容易损坏，不利于保养。由于制动器是利用摩擦力来达到减速效果的，所以制动器的摩擦材料必须要有很高的耐摩擦性，而且摩擦时还会产生很高的温度，所以抗热衰退性能要好，以保证在高温下仍然能够正常运转。当摩擦衬块使用时间过长，摩擦材料用尽时，底板与制动盘会直接接触，这样就会丧失制动效果，制动盘就会损坏，维修比较麻烦而且费用也很贵。因此，一般在汽车的底盘上还会安装专门的显示摩擦衬块磨损指标的指示器，就是当摩擦衬块已经磨损到剩余量很少时，指示器就会与制动盘接触，当司机脚踏制动板时，就会发出异常的响声，并且磨损指示器指示灯会亮，提醒驾驶人员应该及时更换摩擦称块。4.2.3 制动钳制动钳是整个制动器上的一个重要装置。浮钳盘式制动器与气压或油压管路相连，工作时通过气压或油压作用，使制动盘两侧的钳体向制动盘移动，最终与制动盘上的摩擦衬块接触，产生夹紧力来进行制动。根据其工作特性可知，制动钳的刚度要求要很高。4.3 盘式制动器的控制机构制动踏板连接着一些杆件与制动元件，制动松开时，回位弹簧使踏板自动回位。左右轮的制动器由一个连接板相连，这样可以做到同时控制两轮。当汽车在一条斜坡上或者需要进行固定作业时，为了防止汽车位置发生变化，在操纵机构中都安装有停车锁定装置，此装置可以将已经踏下的制动踏板卡住，防止其回位，使制动器能够在没有驾驶员操控的情况下长时间的处于制动状态。盘式制动器的制动踏板的自由行程比带式和蹄式制动器踏板的自由行程大一些，这是因为盘式制动器的制动盘和制动钳之间的间隙小，要是自由行程太小的话，驾驶员踏下踏板时就会发生刚踏下踏板就已经开始制动了，这样就会加快摩擦衬快的磨损速度，不利于维护与保养。在制动时，左右两侧车轮的制动踏板行程必须一致，否则在紧急制动时就会发生汽车偏转从而引发交通事故。汽车在直线行驶时，需要注意的是先分离制动器再进行制动。4.4制动器材料的选择 根据汽车的行驶状况可知制动器的工作条件，因此制动器要选用钢材来制造。但是由于汽车的盘式的制动器一般在实际工作中都会产出热量，长时间会产生一定高温，就像我们平时所见坡度很长的下坡路，都会多次频繁制动盘式制动器，经过数据实验得出摩擦温度达到300400，但是有时在高温天气实际情况摩擦温度达到650【1】。则在毕业设计课题中，一定要采用耐高温的材料来弥补以前制动器的不足之处；盘式制动器是利用制动盘和制动压块之间的摩擦来进行制动的，所以还应具有一定的耐摩擦性；为了增加盘式制动器的工作性能，设计中其的直径尽可能采用较大的数值，保证了制动器的有效的工作面积，在一定程度上也可以减小制动钳之间的夹紧力，以及减轻衬块之间一定的单位压力，还有降低衬块的温度。同时设计的盘式制动器是面对广大用户，在材料选取方面上应该考虑到经济价值问题，所以应该采用常见的材料。在这样的常见的材料中，又因为根据其材料本身的化学成分、成型方法等的不同，这些材料又会被分为许许多多的不同的种类，比如碳素钢按照钢本身的含碳量又会被分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；按照加工方法的不同又会被分为锻造钢、铸造钢等；按照其不同的用处又可分为结构钢、工具钢和特殊钢等等。因此，本次毕业设计综合了各种可能，最终选定采用结构钢来作为本次盘式制动器设计的主要材料。第5章 制动系统设计计算5.1 汽车的相关参数汽车的相关参数如表5.1所示。表5.1 汽车相关主要参数编号名称符号数值单位1质量M0 320.000kg2重力G3136.000 N3质心高hg300.000 mm4轴距L1600.000 mm5质心至前轴的距离a848.000 mm6质心至后轴的距离b752.000 mm7前轴负荷Wf1473.920 N8后轴负荷Wr1662.080 N轮胎相关参数如表5.2所示。表5.2轮胎相关参数规格180/530R14标准轮辋内距8轮胎外径(mm inch)533.21轮胎接地面宽(mm inch)185.73轮胎半径(mm)244轮胎周长16265.2 制动器相关计算5.2.1同步附着系数分析取值汽车在同步系数为的路面上制动时，为了达到制动时的前后轮能够同时抱死，因此0=，此时汽车的制动减速度是dudt=qg=0g,就是q=0，q是制动强度。而且当汽车在其他的附着系数的路面上制动时，q0，这也就是说只有在0=的路面上，地面的附着条件才能够得到最充分的利用。根据相关资料查出干燥的沥青路面=0.7，因此0=0.7。5.2.2前后制动力矩分配系数根据公式： 0=L-bhg (5-1) 得到： =0hg+bL=0.70.3+0.7521.6=0.60 (5-2)5.2.3 确定制动器制动力矩当前后轮同时抱死拖滑，此时所需的前桥制动力矩为 M1=GL（b+hg）re (5-3) 式中 G汽车本身重力； L轴距； b汽车质心到前轴的距离； hg汽车质心的高度； 附着系数； re轮胎有效半径。当=0=0.7时， M1=GLb+hgre=31361.60.752+0.70.30.70.237=313Nm 即M1=313Nm 因为=M1M2=32 (5-4)所以M2=209Nm5.3盘式制动器结构参数的确定5.3.1制动盘直径D在选取制动盘直径的时候，最好是能做到尽可能的取大一些。因为盘式制动器制动时的有效半径和制动盘的直径有着直接的联系，制动盘的直径越大，它的有效半径也就越大，根据压强和面积的关系可知，在同一压强下，面积越大，所受到的压力就越小，所以，有效半径越大，其工作的有效面积就越大，这个时候制动盘所受到的单位压力就会越小，而且工作时所产生的温度也会有所降低。但是由于盘式制动器是安装在汽车车轮上面的，其大小就会受到汽车车轮大小的限制，一般制动盘直径D取车轮直径的70%79%为佳。本次设计制动盘直径D选取为轮辋直径的70%，即D=1425.472%=256.032mm。取256mm。 5.3.2制动盘厚度由于制动盘的厚度影响制动盘的质量和工作时的温度升高，所以制动盘厚度不应该过大，这样可以减少制动盘的质量，不过汽车在制动过程中会产生高温，为了降低制动盘的温度，制动盘厚度又不能太小。所以，一般制动盘厚度可选择的范围是10mm50mm。制动盘可以做成实心的，但是实心的制动盘散热不好，所以需要在制动盘中间铸出通风口道，这种通风式制动盘厚度一般选用20mm30mm。本次设计所采用的是实心制动盘，厚度h=14mm。5.3.3摩擦衬块的内外半径确定如图5.1所示，摩擦衬块为扇形，其外半径R2与内半径R1的比值不应大于1.5，根据数据给出，制动器的直径D=342mm，则取有效半径为直径的67%，为230mm，此时摩擦衬块R2=115mm，因为R2R1=1.5，所以R1=77mm。图5.1 摩擦衬块5.3.4摩擦衬块的工作面积因为摩擦衬块的形状是扇形，所以选定其到圆心的夹角为60，根据公式可得前轮摩擦衬块的工作面积A=（R22-R12）60360=（11.5-7.7）60360=48cm2同理可求得后轮摩擦衬块的工作面积为32cm2。5.3.5摩擦衬块的摩擦系数制动器的摩擦材料必须要有很高的耐摩擦性，而且摩擦时还会产生很高的温度，所以抗热衰退性能要好，以保证在高温下仍然能够正常运转。摩擦系数越高的材料，他的耐摩擦性能就越差，因此制动器设计时所选择的摩擦材料不一定是摩擦系数很高的材料。目前国内生产的摩擦材料的摩擦系数在温度很低时，仍能够保持摩擦系数=0.350.40，符合要求，因此本次设计选取的摩擦系数=0.35。综上所述所得的参数如表5.3所示表5.3制动器基本参数制动盘外径工作半径制动盘厚度摩擦衬块厚度摩擦面积/mm/mm/mm/mm/cm前轮2569614948后轮25696149325.4盘式制动器制动力计算在理想状态下，摩擦衬块的摩擦表面与制动盘完全接触，并且所受到的压力分布均匀，此时制动器的制动力矩为 =2F0R (5-5)式中 摩擦因数； F0单侧制动块对制动盘的压紧力； R作用半径。一般情况下，在扇形摩擦衬块中，作用半径R等于摩擦衬块的平均半径R，摩擦衬块的平均半径R为 R = R1+R22=115+772=96mm (5-6)式中R1和R2分别为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。在前轮制动器中，制动力F0为 F0=M2R=156.520.350.096=2329N (5-7)在后轮制动器中，制动力F0为 F0=2R=104.520.350.096=1555N (5-8)5.5盘式制动器主要零部件材料的选择5.5.1制动盘因为采用的是浮钳盘式制动器，所以制动盘为礼帽形制动盘。由于制动器是利用摩擦力来达到制动效果的，因此制动盘在工作时既有着制动块带来的力，又得承受着摩擦所产生的高温，所以为了加强制动器的冷却效果，制动盘铸造成中间有通风通道的双层盘式结构，这样可以降低20%-30%的温度。制动盘的材料一般采用珠光体灰铸铁或者是添加Cr、Ni等合金铸铁制成的，在设计中采用的材料是HT250。5.5.2制动钳制动钳一般采用的是可锻铸铁KTH370-12或球墨铸铁QT400-18材料来制造，在制动钳的外缘上留有一个开口，其目的是方便检查和更换制动块。制动钳的刚度和强度要很高。5.5.3制动块制动块包括摩擦衬块和底板两个部分，两部分直接牢固的压嵌在一起。制动块的底板用钢板制成，并且还要安装摩擦衬块的磨损达到极限时的警报装置，提醒司机及时更换摩擦衬块。5.5.4制动轮缸制动轮缸在制动钳体中直接加工出来，其缸体也是由灰铸铁HT250制成。制动缸的活塞开口靠在制动块的底板上，根据其工作条件可知，制动轮缸的活塞需要有较高的耐磨性，而且质量也不能过大，因此活塞采用的材料是铝合金，并且在其表面需要镀一层铬，来提高耐磨性。活塞上还要安装橡胶密封圈，用来保证轮缸的密封性。5.5.5摩擦材料制动器的摩擦材料必须要有很高的耐摩擦性，而且摩擦时还会产生很高的温度，所以抗热衰退性能要好，以保证在高温下仍然能够正常运转。摩擦材料还应该具有较高的抗压、抗弯曲性能和抗冲击性能，而且在汽车制动时，当摩擦块与制动盘接触时，不能发出刺耳的噪音和刺鼻的气味，目前制动器的摩擦材料一般采用的是模压材料。第6章 液压制动机构设计计算6.1选择液压分路系统分路系统是指一辆车上的所有制动器的液压或气压管路分为两个或者更多的相互独立的回路，若是其中的一个失效了，还会有其他的回路继续使用，这样就大大提高了汽车制动的安全性和可靠性。如图6.1所示，双轴汽车的双回路系统布置形式一般有以下几种：a）II型一轴对一轴，即前轴与后轴制动器各用一个回路；b)X型交叉型，即前、后轮的制动管路是对角连接的，前轴一侧车轮的制动器与后轴相对一侧车轮的制动器属于同一个回路；c)HI型前制动器左右两轮的半数轮缸和后制动器的所有轮缸属于一个独立的回路，剩下的前轮的轮缸属于另一个回路；d)LL型两个回路分别对两侧前轮的半数轮缸和一个后轮制动器起作用；e)HH型每个回路都是只对每个前、后制动器的半数轮缸起作用。图6.1 液压分路系统形式以上5种回路型式，HI型、HH型、LL型结构比较复杂。II型结构比较简单，在II型回路中若是后制动回路失效，那么前轮一旦抱死，汽车就会丧失转弯制动的能力。对于前轮驱动的汽车来说，因为前轮驱动的汽车前轮制动器要比后轮的制动器强，当前制动回路失效，后轮的制动回路的制动力就会比正常时的制动力的一半还小，此时制动力严重不足，而且此时踏板力要是过大，还会使后轮抱死，汽车容易产生侧滑现象。X型的回路结构也非常简单，并且在制动过程中若是某一回路失效，剩下的制动力仍然能够保持在正常值的50%，因此剩余的制动力也足够了。不过要是某一管路失效，则此型式下的制动力将不对称，此时汽车的前轮就会向着制动力大的一侧偏转，汽车就会丧失稳定性。因此，X型回路适合主销偏移距为负值的汽车，此时，不平衡的制动力会使车轮反方向转动，能够调整汽车的稳定性。根据对以上几种分路系统的分析，本次设计最终选择X型管路。6.2液压制动主缸的设计 本次设计所采用的是制动主缸为串联双缸式的双回路系统，因为这种双回路制动系统能够提高汽车的安全性。串联式制动主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起，存储在油罐中的液压油，首先要流入液压制动主缸的前后工作腔里，然后在油压的作用下，制动主缸里的液压油分别通过前后制动器的输油管路，经过各自的输油阀后流入前后制动器的轮缸里面，然后进行制动。 当制动主缸不工作的时候，前、后两个工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前、后腔内各自的旁通孔和补偿孔之间。如果汽车需要制动，那么此时驾驶员就会踩下制动踏板，在这个时候驾驶员对制动踏板所使用的力就会沿着踏板的传动机构传递到推杆上，推杆会推动后缸的活塞向前移动，此时后缸工作腔内部的皮碗就会堵住腔内的进油口，这时由于储油罐会继续持续的向主缸内输送液压油，而其出油口又被堵住，因此后缸腔内油压就会升高，借助此压力，通过后腔弹簧使前缸的活塞也向前移动，在经过与制动钳相连的输油管路，推动制动钳向制动盘靠近，最终达到汽车制动的效果。松开制动踏板，踏板下的回位弹簧会使制动踏板回位，此时制动主缸和轮缸就会由于失去了力的作用，其内部的弹簧也会推动各自的活塞回位，管路内的液压油利用弹簧的推力就会流回储油罐中，此时制动钳就会张开，制动盘失去夹紧力，解除制动。当迅速放开制动踏板时，由于油液的粘性和管路阻力的影响，油液不能及时流回主缸并填充因活塞右移而让出的空间，因而在旁通孔开启之前，压油腔中产生一定的真空度。此时进油腔液压高于压油腔，因而进油腔的油液便从前、后缸活塞的前密封皮碗的边缘与缸壁间的间隙流入各自的压油腔以填补真空。与此同时，储液室中的油液经补偿孔流入各自的进油腔。活塞完全复位后，旁通孔已开放，由制动管路继续流回主缸而显多余的油液便可经前、后缸的旁通孔流回储液室。液压系统中因密封不良而产生的制动液漏泄，和因温度变化而引起的制动液膨胀或收缩，都可以通过补偿孔和旁通孔得到补偿。当前腔连接的制动管路发生损坏漏油时，则在踩下制动踏板时，由于前腔损坏，其密封性失效，所以在前腔中不会产生液压压力，只有在后腔才能产生液压压力。此时前后两腔就会存在压力差，在液压差的作用下，前腔活塞就会迅速前移到前缸活塞的最前端，直接顶到主缸体上，此后，后缸工作腔中液压才能升高到制动所需的值。若与后腔连接的制动管路损坏漏油，则在踩下制动踏板时，刚开始只是后缸的活塞前移，此时并不能推动前缸的活塞，这是因为后缸工作腔中并没有产生液压力，但是当后缸活塞直接顶到前缸活塞时，前缸活塞就会被推动前移，使前缸工作腔产生液压力，从而进行制动。因此，采用这种串联双缸式为主缸的双回路液压系统，无论系统中的哪一条回路失效，剩下的另外一条回路仍然能够正常运行，是汽车完成制动，这样就会提高汽车的安全性。6.3确定前、后轮制动轮缸直径d根据公式可知 d=4F0p (6-1)式中 F0制动块的张力 P制动管路内部的压力因为制动管路压力一般不超过1012MPa，所以取p=10MPa。则d=4232910106=0.031m=31mm (6-2)由于轮缸直径d是标准尺寸，应该在规定的尺寸系列中选取（HG2865-1997),其中有 19mm、22mm、24mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm、50mm、55mm【19】，因此取前轮制动轮缸直径d为32mm.同理可以得出后轮制动轮缸直径d=25mm。因此取后轮制动轮缸直径为25mm.6.4确定制动主缸直径d0根据公式可知第i个轮缸的工作容积为： Vi=41ndi2i (6-3)式中 di第i个轮缸活塞的直径； N轮缸中活塞的数目； i第i个轮缸活塞在完全制动时的行程。此处取=2mm.则一个前轮轮缸的工作容积为V前=4113222=1608mm3一个后轮轮缸的工作容积为V后=4112522=981mm3所有轮缸的总工作容积为V=1mVi，式中m为轮缸数目。制动主缸应有的工作容积为V0=V+V，式中V为制动软管的变形容积。通过查阅资料可知V0=1.1V所以V=2（V前+V后）=2（1608+981）=5178 mm3V0=V+V=1.1V=5696 mm3 (6-4)主缸活塞行程S0和活塞直径d0为 V0=4d02S0 (6-5)取S0=d0，所以 V0=4d0 3 d0=34V0=19.35mm (6-6)因为主缸的直径d0应符合QC/T311-1999中规定的尺寸系列，具体为19mm、22mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm【20】。所以取d0=22mm。6.5制动踏板力Fp和制动踏板工作行程Sp制动踏板力Fp为： Fp=4d0 2p1ip(1) (6-7)式中 d0制动主缸活塞直径； p制动管路的液压； ip探班机构的传动比； 踏板机构及液压主缸的机械效率，可取=0.820.86。此处取ip=4， =0.85。根据资料可知制动踏板力最大一般为500N，所以 Fp=4d0 2p1ip(1)=4（0.022）21061410.85=112N500N因此符合设计要求。制动踏板工作行程Sp为 Sp=ip(S0+m1+m2) (6-8)式中m1为主缸中推杆与活塞间的间隙，取2mm; m2为主缸活塞空行程，即主缸活塞从不工作时的极限位置到使其皮碗完全堵上主缸上的通孔所经过的行程，也取2mm。通过资料查询可知最大踏板行程不应大于150mm，所以 Sp=ip(S0+m1+m2)=4（22+2+2）=104mm150mm 符合设计要求。第7章 制动性能分析制动性能主要从以下三个方面进行分析:（1）制动效能，即制动距离和制动减速度。就是指汽车在良好路面上直线行驶，从汽车以一定初速制动到停车时的制动的总距离；或制动时汽车的减速度。汽车的制动距离越小或者制动减速度越大，则汽车的制动效能就越好。（2）制动效能的恒定性，就是汽车在高速行驶或者下长坡连续制动时制动效能的保持程度，包括抗热衰退性能和抗水衰退性能。抗热衰退性能是指制动器在温度升高后制动效能的保持程度；抗水衰退性能是指汽车在涉水行驶后制动效能的保持程度。（3）制动时汽车的方向稳定性，就是指制动时汽车按给定路径行驶的能力。若在制动时汽车发生跑偏、侧滑或者失去转向能力，那么汽车就会偏离原来的路径，则说明汽车的方向稳定性不好。7.1 制动减速度j和制动距离S评定一个制动器制动性能的好坏，可以从其最大制动减速度和最小制动距离中看出。在本次设计中，假定汽车在水平的路面上平直行使，并且不考虑路面附着条件，则此时制动器将产生全部的制动力，这时最大制动减速度j=0g=0.7g最小制动距离S=13.62 +2 2100+100225.920.7g=13.60.2+0.2100+100225.920.79.8=67m80m，因此符合要求。7.2摩擦衬块的磨损特性计算因为影响摩擦衬块的磨损特性的因素有很多方面，因此在理论上计算磨损性能极为困难。但试验表明，影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。因此从能量的角度来看，汽车制动过程就是将汽车的机械能（动能和势能）的一部分转变为热能消散的过程。当汽车在紧急制动时，制动器几乎承担了汽车的全部动能耗散的任务。此时，由于制动时间很短，还没有等到产生的热量散发到空气中就会被制动器吸收，这就会导致制动器的温度升高，这就是制动器的能量负荷。能量负荷越大，则衬片（衬块）的磨损越严重。对于盘式制动器的衬块，其单位面积上的能量负荷比鼓式制动器衬片大许多倍，所以制动盘的表面温度比制动鼓的高。各种汽车的总质量及其制动衬块的摩擦面积各不相同，因而有必要用一种相对的量作为评价能量负荷的指标。目前，各国常用的指标是比能量消散率，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Wmm2。比能量耗散率有时也称为单位功负荷，或简称能量负荷。制动器能量耗散率为：e=ma(v1 2-v2 2)4tA1 (7-1) t= v1-v2j (7-2)式中 ma汽车总质量； 汽车回转质量换算系数； v1、v2制动初始速度和终速度（ms）； t制动时间； A制动衬块摩擦面积； 制动力分配系数。 紧急制动停车时，取=1，所以 e=mav1 24tA1 (7-3)根据相关文献可知，轿车的盘式制动器在上述的v1和j的条件下，比能量耗散率应不大于6Wmm2。 (7-4)6 (7-5)所以符合要求。 结 论制动器是保证车辆安全重要部分，从制动器出现发展到今天，其技术已经逐步成熟，但是对于大学生来说，这其中还有这许多知识值得学习。在设计中采用分层设计：（1）确定工作方案和传动原理查阅相关资料，了解盘式制动系统工作原理，将现有设计方案整理分类，去粗取精，然后通过将各种不同类型制动器进行对比分析，最终确定选择浮钳盘式制动器。（2）选择制动系统对比分析选择简单液压制动系统，制动主缸为串联双缸式，制动管路分布为X型分布。（3）确定制动器主要零部件参数根据汽车结构参数，对制动器主要零部件结构和材料进行设计计算，如制动盘、制动钳、制动块等，设计符合规定标准，材料选择符合强度要求。（4）确定制动参数根据公式计算制动力，有效制动面积，制动主缸和轮缸容积，查阅国家标准，确定油缸直径和容积，使制动器符合要求。（5）制动性能分析计算制动减速度和制动距离，得出制动性能符合标准。在设计中以盘式制动器的作用和意义为主线，来确定较为合理方案
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