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紧凑型轿车盘式制动器设计,紧凑型,轿车,制动器,设计
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摘要盘式制动器在汽车上的采用越来越广泛，特别是在轿车上。盘式制动器在液力助力下制动性能好且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。本文对某紧凑型轿车的制动系统进行了设计。首先介绍了汽车制动系统的结构、分类，并通过对盘式制动器的结构及优缺点进行分析，进前制动器的主要部件的参数进行了计算及验证。总结了轿车前制动器的设计流程。关键词：紧凑型轿车；前制动器；浮动卡钳式制动器AbstructDisc brakes are used more and more widely in automobiles, especially in cars. Disc brakes have good and stable braking performance under hydraulic assistance. They have good braking performance on various roads. Their braking performance is much higher than that of drum brakes. Moreover, the air directly passes through the disc brake disc, so the disc The heat dissipation of the brake is very good.This paper designs the braking system of a compact car. First, the structure and classification of the automobile brake system are introduced, and by analyzing the structure and advantages and disadvantages of the disc brake, the parameters of the main components of the front brake are calculated and verified. The design process of the front brake of the car is summarized.Keywords: compact car; front brake; caliper disc brake 目录摘要1第1章 绪论51.1制动系统的功能要求51.2制动系统的发展情况5第2章 制动器结构方案分析62.1 制动器结构分类62.1.1 固定钳式制动器62.1.2 浮动钳式制动器62.1.3 鼓式制动器72.1.4 制动驱动机构7第3章 制动器结构设计103.1 主要技术参数103.2 主要参数选择及计算103.2.1同步附着系数103.2.2制动强度和附着系数利用率123.3 制动器的结构参数与摩擦系数123.3.1制动盘结构参数123.4 制动器主要零件的结构设计143.4.1 制动底板143.4.2 制动轮缸143.4.3 制动盘143.4.4 制动钳143.4.5摩擦材料153.4.6摩擦衬块153.4.7制动摩擦衬片153.4.8制动间隙15第4章 制动系统驱动机构的设计164.1 制动轮缸设计164.1.1 制动轮缸直径与工作容积164.1.2 制动轮缸活塞宽度与筒壁宽度174.2 制动主缸设计174.2.1 制动主缸直径与工作容积174.2.2 制动主缸活塞宽度与筒壁宽度184.3制动踏板力与踏板行程19参考文献20第1章 绪论汽车制动系统的功能是使汽车以适当的减速度降低行驶速度直至停车，在下坡行驶时使汽车维持一定速度，使汽车可靠地停在原地或坡道上；是汽车最关键的系统之一，它的设计是否合理直接影响到汽车是否安全，一直以来，制动器一直是汽车中设计中非常关键的环节。1.1 制动系统的功能要求制动系统至少需要两套独立的制动装置：行车制动和驻车制动，对于某些特定车辆，还有应急制动装置、辅助制动装置和自动制动装置。随着新能源汽车的快速发展，汽车制动系统也发生了些许变化，新能源汽车大多配备制动能量回收系统，用来回收能量提高续驶里程。传统车辆主要是将动能转化为摩擦热能耗散，而由于制动能量系统的存在，新能源汽车在减速过程中会将汽车动能转化为电能因此，汽车的制动系统负荷明显降低，整个制动系统寿命特别是摩擦片寿命得到了明显提升。但不论何种制动系统，都需要至少满足以下功能要求 制动效能足够要求，QC/239-1997详细介绍了对于汽车行车制动能力和驻坡能力的要求 可靠性高，行车制动装置至少需要有两套相互独立的驱动回路，其中一套驱动管路失效时，另一套制动管路的制动能力不得低于规定值得30% 在任何工况下，汽车制动时不得丧失操作性和方向稳定性。 热效能好 操纵轻便 制动时产生的噪声尽可能小 具有消除因磨损产生的间隙调节机构 在制动系统失效时有灯光或者声音信号提示1.2 制动系统的发展情况在轿车、微型车领域，出于经济与实用的考虑，之前一般采用混合制动系统方案，即前盘后鼓式。因为在制动过程中，由于惯性的作用，前轴的负荷占全部负荷的70%80%，对前轮制动性能的要求比较高，后轮采用鼓式制动器是因为布置驻车制动系统比较方便。但随着高速公路等级的提高，国家安全法规的加严，前后轮都采用盘式制动器的方案也越来越常见。在大型客车领域，气压盘式制动器产品技术先进性明显，可靠性总体良好，具有创新性和技术标准的集成性。重型汽车领域，作为重型汽车行业应用型新技术，气压盘式制动器的已经属成熟产品，目前具有广泛应用的前景。气压盘式制动器，解决了传统鼓式制动器制动啸叫、频繁制动时制动蹄片易磨损、雨天制动效能降低等一系列问题。第2章 制动器结构方案分析2.1 制动器结构分类制动器按照摩擦副结构形式不同，可以分为鼓式制动器、盘式制动器及带式制动器，带式制动器一般只用于中央制动器。盘式制动器按照制动盘结构形式不同可以分为全盘式和钳盘式制动器。全盘式制动器中，旋转元件及固定元件均为圆形，制动时各摩擦表面全部接触。钳盘式制动器固定摩擦元件时制动块，装在车轴上，且不能绕轴线旋转。钳盘式制动器按照卡钳的结构形式不同可以分为固定钳式和浮动钳式两种。2.1.1 固定钳式制动器固定钳式制动器的制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。制动时仅两侧液压缸中的制动快向制动盘移动。图2.1 固定钳式制动器2.1.2 浮动钳式制动器浮钳盘式制动钳的工作原理：如图2.2所示，制动钳壳体2用螺栓5与支架1相连接，螺栓5兼作导向销。支架1固定在前悬架焊接总成(亦称车轮轴承壳体)的法兰板上，壳体2可沿导向销与支架作轴向相对移动。支架固定在车轴上，摩擦块11和12布置在制动盘13的两侧。制动分泵8设在制动钳内。制动时，制动钳内油缸活塞8在液压力作用下推动内摩擦块12，压靠到制动盘内侧表面后，作用于分泵底部的液压力使制动钳壳体在导向销上移动，推动外摩擦块11压向制动盘的外侧表面。内、外摩擦块在液压作用下，将制动盘的两侧面紧紧夹住。由于制动盘是紧固在前轮毂上的，因此实现了前轮的制动。前制动器的制动间隙是自动调节的。它是利用分泵活塞密封圈4的弹性变形来实现的。制动时，橡胶密封圈变形，制动一结束，密封圈恢复原状，活塞在弹性作用下回到原位。在制动盘和内、外摩擦块磨损后引起制动间隙变大，超过活塞8的设定行程时，活塞在制动液压力作用下克服密封圈的摩擦阻力继续向前移，直到完全制动为止。活塞和密封圈之间的相对位移补偿了过量的间隙，制动间隙一般单边为0.05-0.15mm。内摩擦块的材料采用以石棉为主、混合树脂并与树脂结合的材料与钢板通过螺栓连接在一起制成的。本次毕业设计将采用浮动式制动卡钳的结构形式。图2.2 浮动钳式制动器2.1.3 鼓式制动器鼓式制动器包括制动鼓，一个轮缸，回拉弹簧，一个制动底版，两个带摩擦层的制动蹄。制动底版固定在轮轴外部的法兰或转向节。制动鼓固定在轮毂上。制动鼓的内部表面与制动蹄的内层之间有空隙。要使用制动器时，司机就要踩下踏板，这时轮缸扩大制动片，对其施加压力，是制动蹄触碰制动鼓。制动鼓与摩擦片之间产生的摩擦制动了车轮，从而使汽车停止。要释放制动器时，司机松开踏板，回拉弹簧拉回制动片，这样车轮会自由转动。2.1.4 制动驱动机构在最基本的制动系统中，有一个制动主缸，这个主缸内部填充制动液，并包含两个部分，每个部分里都有一个活塞，两个活塞都连接驾驶室里的制动踏板。当制动踏板被踩下时，制动液会从制动主缸流入轮缸。在轮缸中，制动液推动制动蹄或制动衬片与旋转的制动鼓或制动盘接触。静止的制动蹄或制动衬片与旋转的制动鼓或制动盘之间产生摩擦力使汽车的运动逐渐减缓或停止。制动液的装置位于主缸的顶部。目前大多数的车都有一个容易看见的装制动液的装置，为的是不用打开盖子就可以看得见制动液的油面。随着制动踏板的运动制动液就会缓慢的下降，正常情况下是这样的。如果制动液在很短的时间内下降得明显或者下降了三分之二，那么就要尽快的检查你的制动系统了。保持制动液装置充满制动液除非你需要维修它，制动液必须保持很高的沸点。位于在空气中的制动液就会吸收空气中的潮气引起制动液低于沸点。制动液通过一系列的管路从主缸到达各车轮。橡胶软管只用在需要弹力的地方，比如应用在前轮。在车的行进中上下来回运动。系统的其它部分在所有的连接点上都应用了无腐蚀性的无缝钢管。如果钢线需要修理的话，最好的方法就是代替这条线。如果这不符合实际，那么为了制动系统可以用特殊的装置修理它。你不可以用铜管来修理制动系。它们是危险也是不正确的。制动系统是由机械能，液压能或气压能装置驱动的。在机械杠杆适合所有的汽车的驻车制动器中使用。当踩下制动踏板时，杠杆就会推动制动器主缸的活塞给制动液施加压力，制动液通过油管流入轮缸。制动液的压力施加到轮缸活塞以使制动片被压到制动鼓或制动盘上。如果松开踏板，活塞回到原来的位置上，回拉弹簧拉回制动片，制动液返回制动主缸，这样制动停止。驻动制动器的主要作用是车内无人时，使汽车静止不动。如果车内安装的是独立的驻车制动器，那么驻车制动器是由司机手动的控制。驻车制动器正常是当车已经停止时使用的。向后拉手闸，并把手柄卡在正确的位置上。现在，即使离开汽车也不用害怕它会自己滑走。如果司机要再次启车时，他必须在松开手杆之前按下按钮。在行车制动器失灵的情况下，手闸必须能停住车。正因为这样，手闸与脚闸分开，手闸使用的是绳索或杠杆而不是液力系统。防抱死制动系统是使汽车制动更安全、更方便的制动装置，它既有调节制动系统的压力来防止车轮被完全抱死的功能，又有防止轮胎在滑的路面上行驶或紧急停车时的滑动。防抱死制动系统最早应用在航空飞行器上，而且在二十世纪 90年代一些国内的汽车内也安装了这种系统。近来，几个汽车制造商引进了更为复杂的防抱死系统。欧洲使用这种系统已有几十年的时间，通过对其的调查，一位汽车制造商坦言，如果所有的汽车都安装上防抱死制动系统，那么交通事故的发生率会降低7.5%。同时，一些权威人士预测这种系统会提高汽车的安全性。防抱死制动系统可以在一秒钟内调节几次制动时车轮上的受力，使车轮的滑移受到控制，而且所有的系统基本上都以相同的方式完成。每个车轮都会有一个传感器，电子控制装置能连续检测来自车轮传感器传来的脉冲电信号，并将它们处理转换成和轮速成正比的数值；如果其中一个传感器的信号不断下降，那么这就表明了相应的轮胎趋于抱死，这时电子控制装置向该车轮的制动器发出降低压力的指令。当信号显示车轮转速恢复正常时，电子控制装置会增加制动器的液压。这种循环像司机一样调节制动器，但它的速度更快，达到了每秒循环数次。防抱死制动系统除了上面基本操作，还有两个特点。首先，当制动系统的压力上升到使轮胎抱死或即将抱死的时候，防抱死制动系统才会启动；当制动系统在正常情况下，防抱死制动系统停止运作。其次，如果防抱死制动系统有问题时，制动器会独立地继续运行。但控制板上的指示灯亮起提醒司机系统出现问题。第3章 制动器结构设计3.1 主要技术参数根据GB7258-2004，行车制动必须作用在车辆的所有的车轮上。本次毕业设计制动器设计中需预先给定的整车参数如表3.1所示表3.1 整车参数指标参数轴距L（mm）2700整车整备质量（Kg）1340满载质量（Kg）1770质心高度0.52（空载）/0.57（满载）质心位置距前轴距离:1283.6mm(空载)；1645.8mm(满载)距后轴距离:1416.4mm(空载); 1054.2mm(满载)轴距2700轮毂尺寸6J*153.2 主要参数选择及计算3.2.1同步附着系数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0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，可能有以下三种情况4。（1）当0时线位于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而使汽车失去方向稳定性；（3）当=0时制动时汽车前、后轮同时抱死，这时也是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。为了防止汽车制动时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0的路面上制动（前、后车轮同时抱死）时，其制动减速度为dudt=qg=0g，即q=0，q为制动强度。在其他附着系数1的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度qTu2fR式中：f为摩擦因数，常取0.3-0.35，此处取值为0.35R为衬块的平均半径带入参数得：F012789.3N4.1 制动轮缸设计4.1.1 制动轮缸直径与工作容积为了确定制动主缸及制动轮缸的直径、制动踏板力与踏板行程、踏板机构的、传动比，以及说明采用增压助力装置的必要性，必须进行如下的设计计算。制动轮缸对制动体的作用力P与轮缸直径dw及制动轮缸中的液压压力p之间有如下关系式：dw=2Fp （4.1）式中：p考虑制动力调节装置作用下的轮缸或管路液压，p=8MPa-12MPa。制动管路液压在制动时一般不超过10MPa12MPa，对盘式制动器可再高些。压力越高则轮缸直径就越小，但对管路尤其是制动软管厦管接头则提出了更高的要求，对软管的耐压性、强度以及接头的密封性的要求就更加严格9。轮缸直径应在GB7524-87标准规定的尺寸系列中选取，轮缸直径的尺寸系列为14.5，16，17.5，19，20.5，22，(22.22)，(23.81)，24，(25.40)，26，28，(28.58)，30，32，35，38，42，45，50，56mm。制动轮缸致敬与工作容积F=12789.3N，选取p=10MPa，求dw1：dw1=2Pp=2228073.1414=40.3mm由此，选取制动轮缸的直径dw1=45mm4.1.2 制动轮缸活塞宽度与筒壁宽度根据已有的公式计算活塞的宽度 B=(0.61.0)dw （4.4）取B2=dw2=28mm现取壁厚=6mm，由于dw/=4.72.6mm所以壁厚强度满足要求。4.2 制动主缸设计4.2.1 制动主缸直径与工作容积制动主缸的直径应符合GB 7524-87的系列尺寸，主缸直径的系列尺寸为14.5，16，17.5，19，20.5，22，(22.22)，(23.81)，24，(25.40)，26，28，(28.58)，30，32，35，38，42，46mm。 Vm=V+V （4.5）式中：V全部轮缸的总工作容积；V制动软管在液压下变形而引起的容积增量。在初步设计时，考虑到软管变形，轿车制动主缸的工作容积可取为Vm=1.1V，货车取Vm=1.3V，式中V为全部轮缸的总工作容积。主缸活塞直径dw和活塞行程sm可由下式确定：Vm=4dw2smsm=0.81.2dw取sm=1.1dw因此1.3V=4dw2sm=1.14dw3求知dw=31.3V1.14=31.312798.641.13.144=26.8mm根据GB 7524-87的系列尺寸取dw=28mmVm=4dw2sm=1.9105mm34.2.2 制动主缸活塞宽度与筒壁宽度根据已有的公式计算活塞的宽度B=(0.61.0)dw于是求知：B=dw=30mm。现取壁厚=8mm，由于dw/=55.41mm所以壁厚强度满足要求。4.3制动踏板力与踏板行程制动踏板力Fr可用下式验算： Fp=4dm2p1ipis1 （4.8）式中：dm制动主缸活塞直径(mm)； p制动管路的液压； ip制动踏板机构传动比，ip=r2r1； is真空助力器的助力比； 制动踏板机构及制动主缸的机械效率，可取=0.850.95。Fp=4dm2p1ipis1=40.02821010614410.8=480.8N700N通常汽车液压驱动机构制动轮缸缸径与制动主缸缸径之比dwdm=0.91.2，当dm较小时，其活塞行程sm及相应的踏板行程xp便要加大。制动踏板工作行程xp为 xp=ip(sm+m1+m2) (4.9)式中：m1主缸中推杆与活塞间的间隙，一般取1.5mm-2.0mm；m2主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所经过的行程。xp=ip(sm+m1+m2)=4(36+2+1.6)=158.4mm170mm180mm在确定主缸容积时，应考虑到制动器零件的弹性变形、热变形以及制动衬片正常磨损量等，还应考虑到用于制动驱动系统信号指示的制动液体积。因此，制动踏板的全行程(至与地板相碰的行程)应大于正常工作行程。制动器调整正常时的踏板工作行程xp约为踏板全行程的40%-60%，以便保证在制动管路中获得给定的压力。踏板力Fp一般不应超过500N-700N。踏板全行程对货车不应超过170mm-180mm。此外，作用在制动手柄上的力对货车不应超过600N。制动手柄行程对货车不应超过220mm。参考文献1方泳龙.汽车制动理论与设计M.北京：国防工业出版社，2005.2刘惟信.汽车制动
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