某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析【含答辩ppt及6张CAD图纸】
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某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析【含答辩ppt及6张CAD图纸】,含答辩ppt及6张CAD图纸,轿车,浮动,钳盘式,制动器,设计,分析,答辩,ppt,CAD,图纸
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某轿车制动器的设计与分析 摘要：汽车制动系统与行车安全和停车安全息息相关，是汽车底盘的重要组成部分。尤其是盘式制动器，在现在的轿车上应用越来越广泛，以前受制于制造成本，影响了盘式制动器的广泛应用，随着轿车需求量的大幅增加，盘式制动器的需求量更大，所以本文的选题及设计需要结合市场实际，并与工程需要相结合，这对于设计轿车盘式制动器非常重要。 这次毕业设计是以轿车的盘式制动器为研究对象，概括了轿车制动器的国内外现状，指出了研究的目的和意义。首先，对盘式制动器和鼓式制动器的结构特点进行了分析比较。本文设计的是浮动钳盘式制动器。然后，对盘式制动器的主要参数进行了优选，并且对制动器进行了校核计算，最后对制动器的结构进行了CAD制图。 关键词：制动系统；盘式制动器；制动效能；制动力The design and analysis of the car brake Abstract：The car brake system is related to the safety of driving and parking, is an important part of the car chassis. In particular, disc brakes, in the current application of the car more and more widely, previously subject to manufacturing costs, affecting the wide range of disc brakes, with a substantial increase in the demand for cars, disc brakes greater demand, This is an urgent need for disc brakes better design and optimization design, so this topic and design combined with the actual market, combined with engineering needs, how to design a good car disc brake is very important. The graduation design is based on the disc brake of the car as the research object, summarizes the domestic and international status of the car brake, pointed out the purpose and significance of the study. Firstly, the structural characteristics of disc brakes and drum brakes are analyzed and compared. The design of this paper is designed as floating clamp disc brake. Then, the main parameters of the disc brake are designed, and the brake is checked and calculated. Finally, the structure of the brake is CAD drawing. Keywords：The braking system; Disc brake; The braking effectiveness; Braking forceIV目 录摘要.IAbstract.II目录.III1 绪论11.1 制动系统的基本概念11.2 制动系统研究现状21.3 课题主要内容41.4 课题研究方案52 制动器的结构形式选择62.1 鼓式制动器结构形式简介62.2 浮动钳盘式制动器72.3 该轿车制动器结构的最终选择93 制动器主要参数及其选择103.1 制动过程受力分析103.2 同步附着系数143.3 盘式制动器主要参数的确定154 制动器的设计计算174.1 摩擦衬块的磨损特性计算174.1.1 比能量耗散率174.1.2 比滑磨功184.2 制动器的热容量和温升核算184.3 盘式制动器制动力矩的计算195 制动器主要零部件的结构设计225.1 制动盘225.2 制动钳225.3 制动块245.4 摩擦材料245.5 制动轮缸265.6制动驱动机构的结构型式选择266 结论29参考文献30致谢31IV1 绪论1.1 制动系统的基本概念 制动系的作用是使汽车在行驶过程中停车，并使停止的汽车在原地不会随便移动。这是驻车制动器发挥的作用1。为了保证行驶安全，汽车上必须装有制动系，驾驶员根据实际路况和自身情况，对汽车进行必要的制动。每辆车都有一个行车制动系统和一个驻车制动系统，前者用于汽车行驶，减速或停止，通常称为脚踏制动器。后者应用于停止的汽车上使其保持静止，是通常意义上所说的手刹。图1.1 汽车制动系组成1-制动助力器； 2-制动灯开关； 3-驻车制动与行车制动警示灯； 4-驻车制动接触装置；5-后轮制动器； 6-制动灯； 7-驻车制动踏板； 8-制动踏板；9制动主缸；10-制动钳；11-发动机进气管； 12-低压管； 13-制动盘制动的过程中需要动力，根据提供动力来划分，包括人力制动、动力制动、伺服制动。人力制动是依靠驾驶员肌体来制动汽车；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为制动系统。两者都有的则是伺服制动。制动系关乎行车安全，关乎汽车驾驶人员和乘客的生命财产安全，对汽车制动系的设计研究必须考虑到制动系的安全可靠，再考虑到汽车的动力性能及经济性能。在设计过程中必须都要考虑到。1.2 制动系统研究现状制动系有盘式和鼓式之分，盘式制动的制造成本更高，鼓式制动要相对便宜，从使用寿命来看，盘式制动寿命要长一些。维护和保养方便2。在制动的过程中，由于摩擦生热，会产生很高的温度，随着新材料的制造技术发展，在制动系上可以采用一些新材料，盘式制动器可以采用这些材料提高工作过程中的散热性能，而鼓式制动器由于不容易散热，发展受到了一定的限制。汽车制动器未来的发展很快，尤其是盘式制动器3。其发展会非常迅速，在大型载货汽车上，为了增加制动力，通常采用双盘式制动器。通常手刹安装在后轮上，利用手刹来控制拉线，从而带动活塞运动，推动制动蹄片张开，形成制动力。以后制动器的发展趋势将是在盘式制动器中加装鼓式制动，把两者功能有机的结合在一起，简化零部件的结构。我国汽车工业起步较晚，制动系统的研究设计与世界先进制动系统设计技术还有一定的差距，虽然在某些技术上取得了一定成果，但究其过程大体都是引进技术、仿制、改进，最后有所收获。个别实力比较雄厚的企业，虽然有自己独立的研发机构。但都处于发展的初期4。随着近几年汽车设计技术的进步，三维设计软件以及分析软件的快速发展和应用，在设计分析方面的差距正在逐渐缩小，只是受到加工精度的影响，例如制动盘的表面粗糙度如何能够满足符合国内标准和国际标准，另外受到加工工艺的影响，制动器的加工工艺较复杂，尤其是盘式制动器的加工要比鼓式制动器更为复杂，加工步骤较多，对熟练操作机械设备的技术工人的素质要求较高，如何能够熟练的操作机床设备，加工出达到国内标准及其行业标准的制动器，满足国内自主品牌汽车的需要，也是国内自主品牌汽车能够走出国门，与国外汽车能够竞争的必不可少的一环。同时,内燃机轿车设计与国外相比还有一定的差距,这主要由于我国轿车设计研发的时间较晚，起步时起点较低，加上制造设备的落后，所以我们需要团结进取以求共同发展5。汽车研发关键技术需要高质量的人才,通过毕业设计，培养了大批有着独立自主自学及研发能力的实践应用型人才，并且通过设计结合生产实际，这些人才通过培养进入中国的汽车工业市场，由此促进了汽车工业技术的发展。完善的产业链实现了人才的完美配置以及汽车市场的繁荣发展。学生们在实践中学习到了学校中比较难以得到的实践经验及解决问题的能力，在理论设计方面也掌握了CATIA软件，UG软件以及ANSYS软件的运用。实际的焊接、定位、机加工技能等等。这不仅一定程度上促进了学生的就业能力。另外也为中国建立汽车工业强国的目标作出了突出的贡献6。但是在对制动系统的分析上，国外对于制动盘与刹车片的热力耦合仿真以及制动热分析方面仍较国内更为深入，并且在设计过程中，国外轿车设计过程中对内部零件进行同向选择比较，纵向进行了同一种型号近些年车辆的参数及性能对比。这里正是我们国内轿车进步的空间所在，在分析和仿真上的进步可以让我们更加完善整车的制动性能，横向纵向的比较可以让我们更加清楚我们的实力所处的水平。让我们对自己有更加清晰的认识7。在制动器内部采用新型摩擦材料一直是制动器设计研究的重点，很多高校和科研机构在这方面取得了很多成就，比如西安理工大学采用剑麻作为增强纤维，各项指标均达到国家标准及其行业标准，包括摩擦系数、硬度、散热性能、韧性等，另外有些科研机构使用水镁石作摩擦材料，导热性能更好，制动的过程中噪音更小，质量更轻，采用这些新材料作为摩擦材料，提高摩擦散热性。增加制动力矩将是未来发展方向8。同时经过文献的学习认识到了轿车制动器在设计过程中存在的问题，在相关文献的阅读后，发现在设计过程中暴露出一些问题。首先，在制动系统参数选择以及计算中，国内设计仍是基于汽车处于理想状态，计算所需参数的时候默认前后轮配重不发生变化，实际上由于轿车在驾驶过程中的动作以及轿车在运动过程中汽油的消耗，整车的质心高度，质心相对整车相对中心的位置都在时刻发生着变化，车内乘坐人员的质量变化，乘坐人员的多少都会影响到轿车质心得高低，另外轮胎的气压、轿车通过不平整的路况以及整车悬架质量的好坏，都会导致整车的质心高度发生变化，但是如果按照理想的情况来做设计计算，或多或少存在设计方面的误差，但是误差必须要在许可范围内。在制动盘及刹车片这一摩擦副的分析计算上，我们同样存在着问题。制动效能在冷车以及制动系频繁工作不同工况下的制动效能相差甚大，尤其是作为中高档轿车的制动盘，在高强度制动过程中发热量巨大，不同的制动初速度，轿车经过不同的路况，不同的行驶工况对制动盘及刹车片之间的制动效能差别较大，可以说轿车在制动过程中，影响制动效能的因素非常多，刹车片的磨损情况，是否在许可范围之内，刹车盘采用什么材料，都会对制动效能产生较大的影响。对待不同工况下应该进行不同的分析计算，以及热分析，制动盘的瞬态热分析在于检验其在一次高强度制动下能否符合要求，而制动效能的稳定性则更为重要。所以对于制动盘高强度制动下的的热分析以及疲劳分析就十分有必要。除此之外，制动装置向着电子化、信息化的方向发展9。大部分轿车的制动系统的制动能量依靠液压能，大部分货车的制动系统依靠依靠气压能，以后将向着电制动的方向发展，这就需要制动系统控制单元，为了进行模块化设计，制动系统的控制单元将和汽车其它电控单元融合一起，便于数据的传输和共享，但是这需要汽车工业的快速发展。依赖于机械制造、电子信息、物理化学等技术快速发展10。这些新兴技术的发展和应用，将有效提高汽车制动系统的可靠性。 1.3 课题主要内容题目简介：汽车空载时的总质量（kg）:880；汽车满载时的总质量（kg）:1255.空、满载时的轴荷分配（kg）前轴负荷空载：453.9后轴负荷空载：426.1前轴负荷满载：554 后轴负荷满载：701最高车速（带手动变速器）（km/h)：130车轮滚动半径(mm):215轴距（mm):2340制动器的设计参数如上，但还需要满足以下要求：1）具有足够的制动效能。2）工作可靠。3）制动时方向稳定。4）防止制动器进水。5）散热良好。6）具有刹车助力，方向能够根据驾驶员的意图和目的来调整11。7）制动时，汽车的振动和噪声较小，当刹车片摩擦时会产生石棉纤维，新材料将用于避免有害物质的产生。8）摩擦衬片应有足够的使用寿命。9）由于刹车片和刹车盘之间的摩擦，还有其他摩擦表面之间的摩擦，当出现磨损间隙时，能够自动调整间隙。10）当制动系统的零部件出现问题故障时，能够在仪表盘上显示报警灯，提示驾驶员，就近处理汽车故障情况。1.4 课题研究方案1）首先选择制动器的结构方案，比较多种制动器结构，做出最适合工程需要的选择。2）设计制动系的主要参数。3）制动器的设计和计算。4）主要零部件设计计算。5）进行制动器结构的校核。6）最后绘制制动器的零部件图，通过总布置图显示零部件之间的相对位置。2 制动器的结构形式选择2.1 鼓式制动器结构形式简介 鼓式制动器出现要比盘式制动器要早很多12。现在很多轿车、货车、客车依然采用鼓式制动器，有内张型和外束型之分，外束型制动器曾经应用在中央制动器，现在的汽车大多没有中央制动器，应用很少，这里不再介绍。所以通常意义的鼓式制动器指的是内张型。这种类型的制动器都具有摩擦副。即采用圆弧形摩擦蹄片13。鼓式制动器按蹄的类型分为：图 2.1 鼓式制动器简图（a）领从蹄式；（b）领从蹄式；（c）双领蹄式；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式（1）领从蹄式制动器如图2.1（a）(b)所示，先要区分开领蹄和从蹄，假如汽车前进的方向是正方向，蹄片1和蹄片2的分别对应领蹄和从蹄，在倒车的时候，领从蹄的方向则会相反，领蹄相当于增力，从蹄相当于减力，这种制动蹄片的分布方式在现在的汽车还有很广泛的应用，制动时制动力矩稳定且较大，结构比较简单，制造厂在制造的时候，造价较低，很方便的安装驻车制动机构，现在大部分的货车由于负载过重，运输的货物较重，依然采用这种类型的制动器，而且在轿车的后轮，需要的制动力矩比较大的情况下，也采用这种类型的制动器。 （2）双领蹄式制动器这种类型制动器在汽车行驶过程中，制动蹄片都是沿着某一方向，在倒车的时候，沿着另一个方向，如图2.1(c)所示，制动蹄片需要活塞来作为动力，活塞处于活塞腔中，在活塞腔里充满液压油，安装在制动底板上面，这种类型制动时候，向前行驶的制动力矩和效能性能优良，倒车时效能明显降低，一般很少应用在载货汽车上，而应用在部分的中高级轿车上。 （3）双向双领蹄式制动器如图2.1（d）当制动鼓双向作用时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。正是因为双向双领蹄式制动器在汽车行进的过程中制动性能不变，因此广泛应用于中、轻型载货汽车以及部分轿车的前、后车轮。但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动14。（4）单向增力式制动器各个零部件的组成机构的安装位置如图2.1（e），通过受力分析，另个制动蹄片的受力不同，一个受力大，一个受力小，因此不平衡，这种类型在向前行驶中制动力矩及其效能非常好，在倒车行驶时，制动力矩及其效能最差，考虑到倒车制动情况，所以只在一些部分轻型货车上作为制动器所用。（5）双向增力式制动器如图2.1（f），制动器的制动力比单向增力式更大，由于采用了双活塞，加上制动踏板对制动力的放大作用，活塞对制动力的放大作用，这种类型的制动力成倍的增加，为了把行车制动和驻车制动有机的结合在一起，它们共用一个制动器，驻车制动因为制动的时间比较短，产生的热量并不多，在制动的过程中并不会产生高温。所以对散热性能要求并不是太高15。2.2 浮动钳盘式制动器浮动钳盘式制动器主要由制动钳体、制动钳支架、摩擦制动块总成、制动盘组成16。制动钳的内侧安装有油缸，里面充满液压油，导向销能够在轴向做直线滑动，存在一定的摩擦力，通过在油缸内部的液压力推动导向销运动，它们都用耐磨材料制作而成。在制动盘的内板上有卡槽，用于安装制动块。图2.2某中级轿车盘式制动器的工作原理图1.制动盘 2.制动钳体 3.制动块总成 4.带磨损报警装置的制动器总成5.活塞 6.制动钳支架 7.导向销制动时，如图2-2能够表示出盘式制动器的工作原理，从工作原理可以分析出制动器的工作过程。驾驶员踩下制动踏板，通过杠杆的作用，第一次扩大制动踏板力，液压油在制动踏板力作用下，推动活塞腔中液压油，由于液压油不可压缩，从较大容积流入到较小容积内部，促使制动力第二次放大制动力。促使制动盘紧紧夹住制动盘17。目前来说，盘式制动器的应用越来越广泛，在家用车领域基本已经代替鼓式制动器成为标准配置。盘式制动器具有以下优点： （1）制动过程稳定。盘式制动器制动时，其制动效能变化稳定，对摩擦系数要求较低，而且其制动盘相对于鼓式制动器散热性能好，温度、水的敏感性不高。有利于高速制动或者长时间制动时制动性能的稳定。（2）盘式制动器相对于鼓式制动器尺寸小、质量小、散热良好。（3）盘式制动器的制动力矩稳定，而鼓式制动器则平衡性能不好。（4）盘式制动器因其制动盘散热面积大，并且带有散热孔，故长时间制动时热稳定性能较鼓式制动器而言比较好，所需的制动力也小于鼓式。（5）制动力和车速没有明显的关系。2.3该轿车制动器结构的最终选择汽车在制动时，利用刹车片和制动盘之间的摩擦，将汽车行驶的动能转化为热能从车轮散失掉。轿车由于行驶速度要比客车和货车高很多，制动时候要考虑到热能的尽快散失，鼓式制动由于跟空气的接触面积小，虽然制动力矩比较大，但是散热效果差，如果遇到长时间制动，或者是行驶在较长的下坡路面上，则会导致鼓式制动器热稳定性较差，不能很好的散热，严重的情况导致刹车失灵。但是，盘式制动器也有一定的缺点，由于制动摩擦表面较小，为了提高制动摩擦力，必须增加液压力，这就需要采用较大的放大倍数的液压装置，这样会制造成本的增加。为了减少制造成本，很多自主品牌和合资品牌轿车采用前轮盘式制动器，前轮由于承受的载荷较大，尤其对于前驱轿车，发动机和变速器以及传动装置都在汽车前部，需要前轮的制动力很大，而后轮制动力要求不是很高，后轮承受的制动载荷也较小，往往采用鼓式制动器。随着现在对轿车需求量增加，批量化生产盘式制动器，生产成本降低，很多中高档轿车开始采用全盘式制动器。盘式制动器有通风盘和普通盘之分。普通盘采用实心盘，制造加工方便，对表面粗糙度和加工精度要求较低，而通风盘采用空心盘，加工精度要求相对较高，制造工艺要比实心盘加工复杂，但是散热效果更好，制动效能更加稳定可靠，大大减少了驾驶员对刹车失灵的担心，所以本文前轮采用浮动钳盘式制动器，有效增加散热，所以当轿车前后轮都采用盘式制动器时，可以提高制动时稳定性和安全性，其中制动盘选择通风盘。3 制动器主要参数及其选择本章的主要内容为从汽车理论及汽车设计的知识中来进行轿车制动过程中平面力学的分析，通过平面力学分析来确定所需要的前后制动过程中地面作用力的分配，主要参数设计计算情况。在这里先给出该轿车的整车参数：汽车空载时的总质量（kg）:880；汽车满载时的总质量（kg）:1255.空、满载时的轴荷分配（kg）前轴负荷空载：453.9后轴负荷空载：426.1前轴负荷满载：554 后轴负荷满载：701最高车速（带手动变速器）（km/h)：130车轮滚动半径(mm):215轴距（mm):23403.1 制动过程受力分析图3-1所展示的是所设计轿车的地面受力状态，我们基于测量所得整车的参数对轿车进行平面静力学分析，并且我们对于其影响较小的滚动阻力，风阻以及轿车车轮旋转而产生的惯性力都不计入相关计算。其中FZ2为法向反力。轴荷分配比指的是汽车的前轮及后轮分别承载的质量比例。由于前轮对地面的重力作用与地面产生等大的相互作用力，正是这个作用影响到了汽车制动过程中的摩擦力大小。汽车在高强度制动工况下承受很大的制动减速度，这时引起的制动载荷转移使前后轮承载的重量产生变化，重新分配前后轮承载的重力。根据以上受力分析可以得出轿车前后轮配重比为后轮占45%同时前轮为55%。图3.1 整车平面力学分析 (3.1) (3.2) (3.3)对后轮接地点取力矩： (3.4)对前轮接地点取力矩： (3.5) (3.5)所以解方程组得： (3.6) (3.7)根据实际需要在路面不同的情况下，汽车制动时制动器能都提供足够的制动力。此时 并且 。由于前后轴所产生的重力对汽车前轮以及后轮的反向作用力集中作用在轮胎上，对应的关系为: (3.8)图3.2 制动时地面对前、后轮法向反作用力的变化由上图3-2我们分析得到 制动过程中不同的制动强度产生不同的制动减速度，而由此影响到的制动过程中的前后轮的重力产生的反作用力变化也十分明显。由图3-3中绘制的前后轴反作用力曲线，可以得到制动减速度增大会导致轴荷分配的变化变得十分明显，我们初步选定的附着条件系数为0.7，即由图中我们可以观察到该路面系数下前轮的重力达到了1800N。当达到地面最佳附着条件，减速度达到7m/s2时，由于重心前移，前轴承担总车重的57.5%。图3.3 不同制动强度下的前后轴荷分配前轮重力的作用力达到了达到了整车质量的近乎60%。在该路面系数条件下可以看到我们要求的前轮及后轮分别达到了同时达到轮胎抱死要求，该情况下我们可以判断轿车达到了较好的制动性能，对路面附着条件以及制动过程中的侧滑控制做的比较到位。我们绘制前轮与后轮制动器产生的制动力和滑移率的关系曲线，可以将其称作我们需要的前轮及后轮地面反力的分布曲线。制动过程中要求最好前后车辆同时达到自己的最大附着性能达到车轮抱死的状态时的要求可以总结为 前后轮分别进入自己的力矩平衡即制动力达到了附着条件并且前后轮的制动力的总和达到附着条件总和。 (3.9)根据汽车理论中关于制动过程中的附着条件分析，以及方程式轿车的整车参数，我们绘制了方程式轿车前后轮同时达到最大附着条件的情形下的前后轮法向反作用力曲线 我们称这条曲线为轿车的I曲线。图3.4不同制动强度下轿车的I曲线我们定义一个参数来表达总的制动力中其中一个轴所承载的制动力（前轮较大的制动力）所占的比例，将这个参数表示为整车制动力分配情况用符号表示。 式中，表示轮地面反作用力制动力；为轿车总地面制动力， 。 (3.10)由图看出，前制动力约6134.16N，后制动力约2475.2N。3.2 同步附着系数1) 当时：在制动时，前轮将优先于后轮抱死，车辆将无法转向。2) 当时：制动过程中后轮会优先于前轮抱死，过程中汽车处于危险工况，后轴易发生侧滑而危及安全。3) 当时：制动过程中车辆前后轮理论上同时抱死，是比较理想的制动工况 (3.11)经过实际的汽车实验，在路面附着系数为的道路上进行制动测试时，车辆停止过程中的最大加速度为取决于路面附着条件所决定的最大减速度9。同时，在其他路面上有着不同的附着条件的情形下，制动过程并不能按照我们的预期进行，这就是我们所要得到的结论，要想充分利用到地面的附着条件进行制动过程，必须要求我们的制动分析过程中使用的附着条件与实际运行过程中的附着条件相同或相当。通过分析所采用的轮胎以及路面附着条件10，将同步附着条件初步的定为0.7。3.3 盘式制动器主要参数的确定（1）制动盘直径D制动盘直径D应该合理选择，制动盘的直径变大，因为受力面积变大，则会导致夹紧力减小，制动盘的直径变小，因为受力面积变小，则会导致夹紧力变大。因此在选取时应选取最佳值。在本设计中： 取D=278mm。（2）制动盘厚度h制动盘厚度h关系到制动时的散热性，制动盘的厚度变大，则会导致散热困难，但是制动盘的强度和刚度变大，质量也相应变大。制动盘的厚度变小，则会导致更容易散热，制动盘的质量相应减小，强度和刚度变小，所以制动盘的厚度应该综合考虑散热性能、制动盘的质量、强度和刚度等影响等因素。具有通风孔道的制动盘的厚度取为20mm-50mm，本设计取厚度h=25mm。（3）摩擦衬块内半径与外半径与的大小应该合理选择，它们的比值不大于1.5。在本设计中,根据制动盘直径可确定磨成衬块外径=134mm。（4）摩擦衬快工作面积A 整车的工作总面积介于1.6到3.5之间，工作面积A是拿整车的总质量除以工作总面积。则单个摩擦衬块的工作面积为由以上计算得，取单个摩擦衬块的工作面积。（5） 摩擦衬块所对的圆心角由得则 4 制动器的设计计算4.1 摩擦衬块的磨损特性计算由于摩擦衬片在制动时会经常出现摩擦的情况，因此会有一定的磨损量。摩擦的磨损量受多种因素影响，例如表面的加工精度，表面的过于粗糙，则会导致摩擦过程中出现磨损现象严重，制动过程中出现噪声，还受到温度的影响，温度越高，摩擦衬片的摩擦系数则会出现变化，制动力矩则会相应变化，还有摩擦衬片的压力和相对滑模速度，压力越大，相应的磨损量变大，所以要定量的计算出摩擦衬片的磨损特性。4.1.1 比能量耗散率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。 （4.1）式中：汽车回转质量换算系数；汽车总质量； 计算时为初速度取=；制动减速度，ms2，计算时取j=06g；制动时间，；制动器衬片(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 ； （4.2）把个参数值代入上式得取同样的和j时，比能量的耗散率应该以不大于6.0为宜。在计算的时候，应该给这些变量先赋值，确保极限情况下能够符合要求。当速度不同的时候，制动时间也会不同。为前后制动器摩擦衬片面积。这在设计确定之后，面积就确定了。，求得，符合要求。4.1.2 比滑磨功磨损和热的性能指标有相应的国家标准，把汽车行驶到最高的初速度，至停车时速度为0，这个阶段单位面积的滑磨功，即比滑磨功来衡量： （4.3）式中：汽车总质量，kg； 汽车最高制动车速，m/s 车轮制动器各衬块的总摩擦面积， 许用比滑磨功，对轿车取可求得：，满足要求。4.2 制动器的热容量和温升核算制动器的热容量和温升应符合以下条件： （4.4）式中：各制动盘的总质量为4Kg； 与各制动盘所连接金属总质量，为5kg； 制动盘材料的比容热，对铸铁C=482J/(kgK)； 与制动盘相连的受热金属件的比容热； 制动盘的温升； 取决于前后轴制动力分配比例，并按前、后制动力的分配比率分配给前后、制动器，即 （4.5） （4.6）求得：所以：式中 汽车满载总质量，为1255Kg 汽车制动时的初速度核算： 故，满足以下条件：4.3 盘式制动器制动力矩的计算图 4.1盘式制动器的计算用图如图 4-1所示，根据图中的标注的已知条件，则盘式制动器的制动力矩为 （4.7）式中：摩擦系数，取值0.4；N单侧制动块对制动盘的压紧力R作用半径，取为133mm。图 4.2 计算钳盘式制动器制动半径用图盘式制动器广泛采用扇形摩擦衬块，其安装方便，便于通风，如图 4-2所示，平均半径为 (4.8）式中：，扇形摩擦衬块的内半径和外半径。（）根据图 5.7，在任一单元面积RdR上的摩擦力对制动盘中心的力矩为，单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩为 (4.9）单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为 （4.10）得有效半径为 （4.11）令，则有：=133mm （4.12）因，故。当，。如果m过小,扇形制动块宽度过大,力不平衡,各力分布不同,磨损不会均匀,所以单位压力分布不一致,为了制动安全,m不能过大也不能gvbb过小。本次设计取有效半径为112mm。5 制动器主要零部件的结构设计5.1 制动盘制动盘可采用的制造材料较多，比如铸铁或者是陶瓷材料。一般用铸铁材料，添加合金可提高制动盘的强度和刚度。制动盘在制动时候，由于制动时汽车行驶速度不同，速度较大时，承受的制动载荷更大，速度较低时，承受的制动载荷较小。这些载荷可以分解为水平方向和垂直方向的作用力。制动盘的表面粗糙度要求很低，加工精度要求较高，表面圆跳动量要求很低，参考表5-1。表5.1 汽车制动盘表面的端面跳动、平行度和不平衡度 车型表面跳动量/mm两侧表面的不平行度/mm静不平衡量/N.cm奥迪、红旗0.030.010.5云雀0.050.031.5奥拓0.040.021.0 本文选用的材料为合金铸铁，前通风盘，后实心盘。图5.1 礼帽形制动盘5.2 制动钳确定了平面力学所需要的参数之后，我们要选取适当的制动零部件尺寸来配合我们的制动系统进行制动。为了计算得到我们所需要的最大制动力以及最高的路面附着条件，我们在仿真分析中定义了一种刹车状态。初速度为20 m/s采用高强度制动，在短时间内达到最大制动强度。图5.2 制动器油压建立过程图5-2可知：制动时，前轮制动器油压为4.8Mpa，后轮制动器油压为2.8Mpa。其中工作的制动零部件分别为产生将踏板力转变称制动管路压力的制动主缸，主要参数为工作的活塞直径，以及将制动系统压力分别转变为前后轮制动力矩来阻碍车轮转动的制动卡钳，其主要参数为工作活塞直径 公式中制动器制动力为Fn。制动转矩由制动器产生的阻力作用在制动盘有效直径处获得 ，R为轮胎半径。对轮中心取矩得制动盘有效加紧力对盘取矩=地面制动力对轮取矩。 （5.1）制动卡钳夹紧力作用在指定面积上的压强=卡钳产生的液压。 （5.2） 制动器的有效制动力由制动器有效压紧力确定。 （5.3）卡钳尺寸计算过程： （5.4）当以7m/s2的减速度制动时: （5.5）（5.6） （5.7）前后制动力由制动力分配系数确定。将数据代入公式可求得 由前轮卡钳计算过程可得后轮卡钳尺寸。5.3 制动块制动块的作用是给活塞运动提供作用其表面的力，通常是由一个摩擦衬和一个背板组成，衬块的形状多样，可以是扇形，或者是其他形状，以扇形的居多。当轿车行驶遇到紧急情况，驾驶员踩下制动踏板，通过液压油作用在活塞上，应该能够使活塞和大部分的制动块表面相接触，否则由于受力不平衡，导致制动块出现翘曲变形，而且还会出现不同程度的振动和噪声。为了避免上述情况的发生，通常在两者之间涂有减振垫，当活塞的作用力作用在制动块表面时，能够起到一定的缓冲作用，为了提高制动时的行车安全性能，在盘式制动器还安装有报警装置，当制动块磨损到一定的程度时，提醒驾驶员尽快更换摩擦衬片。本次设计取衬块厚度14mm，这也是制动块的厚度，并且有隔热减震垫，可以有效减少制动时所产生的振动以及噪声，同时安装有警报装置。5.4 摩擦材料制动时，摩擦材料的好坏关系到制动力矩的大小和热稳定性。不同的摩擦材料具有不同的摩擦系数，在制动时，因为摩擦作用的存在，温度会急剧上升，当上升到一定的温度后，摩擦材料的摩擦系数应该能够保持稳定，保证摩擦时制动力矩的稳定性。另外，摩擦材料应该吸水率较低，当轿车的车轮经过一些有水的地方，吸水率较低，并且在吸水的情况下，保证不受水分的影响。另外在制动过程中，由于刹车片和制动盘之间的摩擦作用，会产生对人体有害的物质，必须采用新的摩擦材料，来减少和避免这种有害物质的产生对人体的危害。摩擦材料可以有很多种类型，通过模压这种加工工艺制造而成，模压的材料选用石棉纤维，这是摩擦材料的主要成分，另外在其中混合加入树脂材料或者橡胶，调节摩擦材料的混合材料的比例，在通过模压加工工艺来制造的时候，必须在高温条件下，通过专门的模压机来制造，温度过低反而会影响摩擦材料的使用寿命，通常汽车的制动器的摩擦材料采用不同种类的树脂和石棉纤维，把这些材料混合在一起，可以提高材料的制动时的热稳定性，是摩擦材料具有不同的摩擦系数，提高散热性能。表5.2 摩擦材料性能对比材料性能有 机 类无 机 类制法编制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-良中-对偶性优良中-良差差价格中-高低-中中-良高高制动器的摩擦材料采用的主要成分是石棉纤维，或者加入锌丝混合在一起，制造而成的编织布，提高受力的强度和刚度，再加入一定量的合成树脂，通过热加工工艺辊压制成。这种材料剪切性能好，可以剪切成不能的形状，比如扇形、圆形、矩形等其他形状，然后把剪切之后的形状铆接到这些不同形状的制动带上面。在100摄氏度左右时，可以有效的提高摩擦系数，强度和刚度要比模压材料高6倍，但是如果温度过高，反而导致摩擦材料的效能降低，所以一般制动的时候，防止长时间制动，在200摄氏度以上，由于摩擦力矩也会随之变大，磨损量加快。表5.2为不同摩擦材料性能对比。此次设计选用的材料首先应该满足制动时的效能稳定可靠，其次保证制动时避免有害物质的产生，节能环保。所以选用半金属材料，摩擦系数为f=0.4。5.5 制动轮缸 制动踏板工作行程为 （5.8） 主缸尺寸计算过程：制动踏板力 （5.9）式中，为制动主缸活塞直径；p为制动管路的液压；称作踏板的杠杆比；为踏板将力传递到主缸的机械效率.此处取=5，=0.85。踏板比根据预先设计方案及相关资料参考，可调范围取4.65.4，暂定5。我们暂时定义踏板的杠杆比为5 并且在最大输入力的情况下整车能够达到四轮制动力之和达到整车四轮抱死所需要的附着条件，我们定义踏板的平衡杆将前后轮的制动力分配为55:45.由此，我们可以通过两次杠杆比求得我们分别作用在两个主缸上的力分别为: （5.10） （5.11）求得D1=17.607mm, D2=20.853mm。通过计算我们得到所需要的制动系统卡钳的缸径为50mm。5.6制动驱动机构的结构型式选择制动时，为了提高制动力和力矩，可以选用不同的动力源。制动驱动机构可分为三种类型：简单制动、动态制动和伺服制动，可有效提高制动力矩。减轻驾驶员的劳动强度。制动力矩如何传递给车轮，这就需要把制动力和力矩有效的放大。力的传递方式有机械式，液压式，气压式，如下表5.3。简单人力制动系是依靠驾驶员的体力，操作制动踏板，通过两次制动力的放大作用，第一次在制动踏板出，即依靠杠杆的作用，把制动力进行放大处理，第二次通过液压缸，因为液压缸的工作容积大小不同，从容积大的液压缸到达容积小的液压缸，制动力会进一步放大，通过这两次把制动力放大之后，制动力可以足够保证制动盘和刹车盘之间的制动力矩，由于制动管路采用液压式，因为液压油在受热过程中，温度升高，会产生气泡，影响制动力的传递，导致制定失灵，不论驾驶员怎么踩下制动踏板，将会导致制动力和力矩的消失。液压式制动系在轿车上及其越野汽车上应用较广，现在仍然应用较多，也可应用在轻型货车上面，能够保证制动力矩的需要。表5.3制动驱动机构的结构形式制动力源力的传递方式用途型式制动力源工作介质型式工作介质简单制动系（人力制动系）司机体力机械式杆系或钢丝绳仅用于驻车制动液压式制动液部分微型汽车的行车制动动力制动系气压动力制动系发动机动力空气气压式空气中，重型汽车的行车制动气压-液压式空气，制动液液压动力制动系制动液液压式制动液伺服制动系真空伺服制动系司机体力与发动机动力空气液压式制动液轿车，微，轻，中型汽车的行车制动气压伺服制动系空气液压伺服制动系制动液动力制动系是利用发动机的曲轴产生动能，转化为空气的气压能量，或者是液压能，制动踏板机构依然必不可少，驾驶员遇到特殊的路况或者紧急情况，踩下制动踏板，仅仅作用在制动操纵机构，制动踏板的自由行程和制动力的大小关系跟简单的人力制动系统不一样，并不构成线性关系，所以这种类型的动力制动系可以设置一定位移的制动踏板自由行程。气压制动是一种常见的制动方式,它可以在制动时得到大量制动力,通常用于大型汽车的制动系统。尤其是大型的拖车以及挂车，主车和挂车之间需要有连接装置，但是在制动时候，需要对后面挂车进行制动，采用这种制动方法，需要的空间较大，便于安装，尤其是一些辅助的零部件较多，比如空气压缩机，提供制动的动力源，提高制动时的空气压力，还有储气罐和制动阀装置，调节制动时管路的压力，管路的压力产生和撤销需要一定的时间，加压和减压时需要有一定的路程来行走，作用滞后时间较长(0.30.9s)，另外制动时产生一定的噪声，产生的气压较高，不论是制动和撤销制动时，由于气体压力的存在，噪声较大，所以在轿车上一般应用较少。伺服制动系统兼有人力以及发动机的动力，大部分制动情况，由伺服制动系统来给汽车制动，当伺服制动失效时，可由人力来进行制动，提高制动时的安全性，本文选自伺服制动类型。6 结论这次毕业设计是以轿车的盘式制动器为研究对象，概括了轿车制动器的国内外现状，指出了研究的目的和意义。首先,对盘式制动器
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