轿车制动系统设计

本科论文摘要制动系统对于现代汽车发挥着重要作用，汽车科技的进步，汽车的工业体系的成熟，汽车安全一直以来都受到人类的重视，这就对汽车的制动性能提出了很高的要求，汽车能够通过汽车的制动器来及时减速。当汽车将要下坡路时。依靠制动器汽车可以使车速保持恒定，还能够减速停车。轿车制动器主要有盘式制动器还有鼓式制动器。它们各有各的利弊。两者均以摩擦来把能量消耗掉。现在轿车大部分使安装盘式制动器的，在这种情况下，汽车制动器会产生大量的热，因此在制在这次的设计中会解释车辆制动器中的结构形式，同时还要对汽车制动器所组成的汽车制动器的构件进行相应的设计计算，说明汽车制动器的结构形式工作原理。关键字制动系统，液压驱动，盘式制动器，驻车制动

AbstractThebrakingsystemplaysanimportantroleinmoderncars.Therapidapplicationoftheautomotivetechnology,thematurityoftheautomotiveindustrialsystem,people'srequirementsforthesafetyperformanceofautomobilesaregettinghigherandhigher,soitisnecessarytosavethecar'sbrakingperformancebetter,thecarcanpassThebrakesofthecarareusedtoslowdown,whichisusedtoachievedeceleration.Whenthecarisdrivingdownhill.Thebrakecarcanhaveastablespeed.Alsoreliableitstopsinplace.Discanddrumbrakesarethemaintypesofcarbrakes.Theirstrengthsandweaknessesvary.Sheconvertskineticenergyintoheatthroughfriction,andthecarstopsbecausethereisnokineticenergy.Inthecurrentcar,mostofthecarsareequippedwithdiscbrakes.Inthiscase,thecargeneratesalotofheat.Therefore,inthisdesign,thestructureofthecarbrakewillbeintroduced,aswellasthebrakesofthecar.Thecomponentsoftheassembledvehiclebrakesaredesignedandcalculatedtoillustratetheworkingprincipleofthestructuralformofthevehiclebrake.Keywords:Brakesystem，Hydraulicdrive，Discbrake，Parkingbrake

目录TOC\o"1-3"\h\u摘要ⅡAbstractⅢ目录Ⅳ1绪论 11.1制动系统设计的意义 11.2制动系统研究现状 11.3本次制动系统应达到的目标 21.4本次制动系统设计任务 22轿车制动类型的分析与选择 32.1制动器的分类 32.1.1鼓式制动器的种类及利弊 32.1.2盘式制动器的分类及优缺点 42.2制动器设计的一般原则 62.3制动器方案的选择 73盘式制动器主要参数的选择与确定 93.1制动系统设计重要参数的求解 93.2制动器设计相关参数的选择 93.2.1同步附着系数 93.2.2制动力矩分配系数 94制动系统的设计与校核 104.1盘式制动器的重点零件的设计 104.1.1制动盘 104.1.2制动钳 104.1.3制动块 104.1.4摩擦材料 114.1.5制动轮缸 114.2盘式制动器的强度校核以及相关计算 114.2.1摩擦衬片磨损特性的计算 114.2.2盘式制动器最大制动力矩的计算 124.2.3盘式制动器能接受的最大制动力矩的计算 154.3制动器制动时比热容的计算与校核 175液压制动系统计划的确定 195.1制动系统管路布置的确定 19H型管路 19X型管路 20双T型管路 205.2制动系统运行原理与制动主缸计划选择 206液压制动操纵机构的设计 236.1制动轮缸工作容积与直径的核算 236.2制动主缸工作容积与直径的核算 236.3制动踏板力与踏板行程 246.3.1制动踏板力 246.3.2制动踏板工作行程 25总结 26参考文献 27致谢 281绪论1.1制动系统设计的意义在当今车辆交通事故中，很大一部分都是因为车辆的制动系统出了问题，导致驾驶员不能按照自己的意向使车辆停止或者减速，甚至有的还会直接出现刹车失灵等问题。由此可见车辆的制动系统对于安全有极大意义。并且制动也影响了车辆的效率，这就对汽车经济性产生了影响，这也是当今我们无法忽视并且必须解决的问题。制动系统可以分为传动装置和制动器。而制动器的结构形式和设计参数对汽车安全尤为重要，对于它们的选择是制动系统设计的重要内容。我们通过对轿车的制动系统的设计，使我们一方面能够学习到能够车辆设计的精华，提高自己的设计能力，为以后职业生涯打下坚实基础；另一方面安全问题是大事，也是我们的责任，我们要去解决它，为之付出自己的一份力量。现代汽车给我们出行提供了极大的便利性，它非常实用并且普遍受到大家的喜爱。汽车已经发展了一百年，1906美国人做出了第一辆车，它是四轮汽车四驱燃油车，因为它的实用性以及便利性，很快就受到大家的信赖和喜欢。不久之后，世界上第一家公司采用了流水线的生产方式，它就是美国的福特公司。然而我们国家的汽车工业起步比较晚，新中国成立不久的1953年中国开始兴建了中国自己的汽车制造厂，同时也是国内最早的汽车制造厂，经过三年之后，我国也生产出了最早自己的货运汽车。如今中国的汽车工业得到了充足的发展，中国目前已经成为了世界上最大的汽车制造国，同时国内已经诞生了很多的自主品牌汽车，有的汽车也走出来了国门，并且吸引了很多外国品牌的汽车。汽车底盘中最重要的一个系统汽车制动系也得到了长足的发展，制动器是制动系中最重要的安全装置。制动器是汽车能够安全的在路面上移动，很大程度依靠汽车制动器安全稳定的工作。我们现在的出行大多是以汽车作为交通工具，汽车的系统系统是汽车上不可或缺的，它是汽车安全行驶的重要条件。制动器在制动系统上的位置是很重要的，制动系统的好于坏，严重影响汽车是否能够安全行驶，因为汽车越来越多，安全问题不得不又出现在我们面前。在当今车辆交通事故中，很大一部分都是因为车辆的制动系统出了问题，导致驾驶员不能按照自己的意向使车辆停止或者减速，甚至有的还会直接出现刹车失灵等问题。由此可见车辆的制动系统对于安全有极大意义。并且制动也影响了车辆的效率，这就对汽车经济性产生了影响，这也是当今我们无法忽视并且必须解决的问题。1.2制动系统研究现状当汽车行驶在路面上时，要进行正常的制动操作，为了安全起见，不得不对我们汽车的制动性能提出很高的要求，改善并提升汽车制动性能便是我们进行汽车设计的重要内容。当行驶的汽车要进行制动时，汽车受到与自己行驶方向相反的力，进而逐步将自身速度降为0直到停止，我们通过对这一过程进行分析，能够是我们对制动系统有一个很好的理解。通常评价：（1）制动时的方向稳定性；（2）制动效能：即制动距离与制动减速度；（3）制动效能的恒定性：即热衰退性；汽车正常在路面行驶，想要测量其力矩并不简单，一般都是想方设法地间接去测量，毕竟传统的台架或路试测量完成不了这项任务，只有这样我们才能真正的去进行制动系统设计，也有利于我们提高解决问题的能力，对我们制动系统的设计和研究有着极其重要的作用。1.3本次制动系统应达到的目标（1）具有良好的制动方向稳定性；（2）具有良好的操纵稳定性；（3）具有良好的制动效能；（4）具有很好的热稳定性.1.4本次制动系统设计任务（1）查阅已知轿车的一些基本参数，根据已知条件，对制动系统设计必要的参数、要求进行推理、求解，并选择恰当的制动器部件，正确恰当的设计制动系统满足轿车相关要求。（2）运用三维制图软件建模，导出CAD二维图纸（3）对建好的模型通过仿真分析制动过程，生成制动力曲线（4）将方案论证的结果及设计计算结果整理，完成毕业论文。

2轿车制动类型的分析与选择2.1制动器的分类让汽车能够减速或停车正是我们设计制动器的基本原理，制动器采用最多的就是物理摩擦式的，也就是当要进行制动时，制动系统开始工作，固定原件就会和旋转元件发生摩擦，摩擦产生的力矩对于旋转的车轮是一个反作用力矩，汽车便能达到减速或停车的目的。把能量以摩擦形式产生的热能耗散掉。机械摩擦式制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器，两者旋转元件并不一样，下面让我们来分别介绍制动器的种类和利弊。2.1.1鼓式制动器的种类及利弊鼓式制动器有内张式和外束式两种结构形式。两种当中采用最多的便是内张式，所谓内张，顾名思义从里面张开，也就是制动蹄在里面张开，而一旦张开就会和制动鼓接触，接触便能发生摩擦产生力矩，总的来说还是制动蹄跟制动鼓摩擦实现制动的。外束式应用比较少，其以制动鼓作为旋转部件，制动带则固定不动，一般制动带刚度不大，两者也是利用机械摩擦原理产生阻碍力矩，达到制动效果。而带式的用在有的汽车的中央制动器，因此一般都将鼓式制动器默认为内张式。①内张式鼓式制动器内张式鼓式制动器将两个制动蹄作为摩擦构件，此构件含有摩擦片，因此也常被称作蹄式制动器，制动鼓通常被放置在轮毂上，随着车轮一起转动，制动蹄则被固定在地板上作为摩擦装置。如果要进行制动，制动蹄张开，让制动鼓的内侧面和制动蹄接触，发生摩擦，产生阻碍起作用的力矩，车辆的动能就会逐渐被耗散掉。②外束式鼓式制动器外束式鼓式制动器是也制动鼓在旋转，而制动带固定不动，放置在车轮的轮毂上，当汽车制动时,制动带的内表面与制动鼓的外表面接触，产生摩擦力矩，使汽车减速或者停止[4]。因为带式制动器的摩擦损耗较大，寿命比较短，且制动不稳定，已被汽车制动器完全淘汰。现代汽车所采用的鼓式制动器均为内张型的，即蹄式制动器。当要进行制动时，制动蹄就会向外张开，与制动鼓接触产生摩擦，实现制动。优点：A、鼓式制动器制动力矩大，常规状态下制动性能较好。B、相比其他制动器，固定不动时盘式制动器要好。C、有较好的密封性，能有效隔绝灰尘，不易腐蚀。缺点：A、制动时，利用了制动蹄的摩擦增势作用来达到一定的制动效果，故摩擦系数不稳定，所以在连续制动时，制动稳定性差。B、制动时摩擦发热严重，损耗大。2.1.2盘式制动器的分类及优缺点盘式制动器是在鼓式制动器之后出现的，从提高制动器的稳定性，达到更好的制动性能而设计生产的制动器。根据固定摩擦元件的不同结构，可分为钳盘式制动器和全盘式制动器，而钳盘式制动器也可以继续细分，可以再分成固定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器，它们结构除制动钳外大体相同。它们如下所述。1、固定钳盘式制动器固定嵌盘式制动器如图2-1（a为未制动状态，b为制动状态）所示，该制动器制动钳不动，制动盘与车轮相连，通过制动钳开口，并旋转。该制动器优势在于：未来汽车制动器重点是盘式制动器，都在朝着这个结构原理进步，也包括鼓式制动器，适应性比较广，由于滑动件比较少（不包括活塞、制动块），制动钳的刚度较轻松达到要求。优点：该种制动器滑动件不多，制动钳的刚度能够较轻松的符合要求，可以应用在多回路上，鼓式制动器也可以将盘式制动器作为一种很好的方向。缺点：固定钳盘式制动器需要两个油缸布置于制动盘两侧，增大了制动器的径向尺寸和轴向尺寸，其次在严酷的使用环境下，固定嵌容易是油液温度升高，不利于散热，降低了制动稳定性。车桥活塞车桥活塞制动钳制动盘图2-1固定式制动钳2、浮钳盘式制动器浮钳盘式制动器，其结构如图2-2所示（a为未制动状态，b为制动状态）。制动钳可以有一定的运动制动钳，里面就是油缸，两边也装置上制动块，制动块由两部分，一部分是摩擦衬块，还有一部分就是经过锻造的底板。原理并不复杂，简单来说就是制动时高压油会把活塞往右推，而制动块也跟着往右移动，最后撞到制动盘上，制动盘给一个反方向力，制动钳就会往右移动，另一个制动块也压向制动盘，只有制动盘两边压力相等时制动就会停止。通过这一原理能很快使制动盘制动。车桥活塞车桥活塞制动钳制动盘图2-2浮钳盘式制动器优点：浮动钳盘式制动器散热性能好质量也轻，而且结构不复杂。在必要情况进行制动时，能够适应高温要求，比固定嵌盘式制动器要好。本身不设有油管或油道，冷却能力极佳，制动液不容易发生气化；成本不高；液压缸仅位于盘的里面，轴向尺寸不大，制动器比较靠近轮毂。盘式制动器制动盘也有很多种，平面式的、划线式的，还有打孔式的，而散热能力最好的当属划线式制动盘。3、全盘式制动器摩擦副的旋转元件同固定元件一样均为圆盘状，也是通过摩擦来实现制动的，原理并没有本质的区别。但是缺点在于散热性差，应用不广泛。2.2制动器设计的一般原则汽车的制动性是指汽车在正常行驶时借助外力的作用强制性降低车速的能力，为了使汽车的制动性能更好的符合使用要求，设计制动器时，应该考虑以下因素。制动效能制动效能是指车辆以一定的初始速度到停车位的制动距离，或者在良好的路面上制动时车辆的减速。它是最基本的制动性能评价指标。大多情况下用制动效能系数来衡量。制动效率系数表示为在作用半径范围内获得的摩擦力与输入力的比值。制动效率系数越大，制动能力越强。2、制动效能稳定性制动效能稳定性受自身效能因数k和摩擦系数f关系的影响。而f是一个不稳定因数。摩擦系数的因数不仅跟摩擦副材料有关，还和其表面温度以及水湿程度都有关，特别是与温度的变化较为密切因此要想有理想的制动效能稳定性，就不得不要求摩擦材料抗热衰退性好，效能因数k对f敏感性维持较低水平。同时制动盘的散热性能要强。3、制动间隙调整简便性平时汽车维护时经常会改变制动间隙，因此当我们必须合理设置调整装置的位置，结构形式也要简单符合实际。一般推荐自动调整装置。4、制动器设计的尺寸及质量在保证轻卡制动稳定的前提下，要求能方便拆卸，不占用过多空间。因此在设计时保证必须能达到所需制动力矩的前提下，使设计的制动器尺寸小型化，质量轻量化。5、噪音制动噪声通常有低频（1Hz以下）和高频（1-12kHz）两种。设计时要考虑噪音问题，防止因为制动器的共振而产生不能忍受的噪音。2.3制动器方案的选择经过仔细研究与论证，鼓式制动器制动力太容易因路面变化而发生变化，不方便操控，制动效能也不如盘式制动器，其次散热性能不好，所以制动时往往伴随很多热量产生。一旦温度升高，就会对制动块和轮毂产生不利的影响，导致它们发生随意变形，导致制动效率大大折扣。盘式制动器则不存在鼓式制动器那么多问题，而且还能轻松实现间隙自动调整，剩余维护修理作业也较容易。因此本次LS7226L轿车制动器设计采用盘式制动器，而浮钳盘式制动器在盘式制动器中制动稳定，表现较为优越，因此选用浮钳盘式制动器作为本次LS7226L轿车的制动器，布置形式为前盘后盘式。

3盘式制动器主要参数的选择与确定3.1制动系统设计重要参数的求解本次设计LS7226L轿车制动器的主要参数时，除了给定的设计参数以外，还参照了国内相似型号轿车的技术参数，确定了如表3-1所示的主要技术参数。表3-1主要技术参数整车质量空载m=2273kg满载m=2599kg质心高度空载hg=0.75m满载hg=0.78m轴距L=2.915m汽车质心离前轴的距离（满载）L1=2.915*0.55=1.603m汽车质心离后轴的距离（满载）L2=2.915-1.603=1.312m最高车速Vmax=210km/h轮距1400mm轮胎255/50R19车轮工作半径3.2制动器设计相关参数的选择3.2.1同步附着系数(1)当φ<φ0时,制动时总是前轮先抱死，虽然此种为稳定工况，却也容易丢失转向能力；(2)当φ>φ0时,制动时总是后轮先抱死，汽车后轮容易发生侧滑，使汽车丢失方向稳定性。(3)当φ=φ0时,制动时汽车前后轮同时抱死，该种工况也属于稳定工况，也丢失转向能力。可以看出，汽车在同步系数为Φ的路面上制动（前后轮同时抱死）时q=φ0，q为制动强度。在其他不同附着系数的路面，达到前轮抱死或者后轮抱死的制动强度为q<φ0，能从中推断出，仅在路面为φ=φ0时，路面附着条件才可以被全部利用。研究得出，汽车在同步附着系数为的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为，即，为制动强度。如果在不同附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度，可以看出，仅在在的路面上，地面的附着条件才能被全部利用。查阅一些书籍知道轿车同步附着系数0.5，此处取0.6。3.2.2制动力矩分配系数通过已知的同步附着系数，由公式（3.1）确定制动力矩分配分配系数。（3.1）满载时：

4制动系统的设计与校核4.1盘式制动器的重点零件的设计4.1.1制动盘1）制动盘的材料制动盘在工作时既要收到来自制动块作用的法向力和切向力，还要能承受热负荷。因此选择力学性能和热效应良好的珠光体灰铸铁，为了增加强度和韧性，在灰铸铁中添加了，等的合金材料。2）制动盘的直径在设计时，制动盘的直径D应该尽可能取值偏大点，直径大那么有效半径也会变大，正常情况下，可以减小制动钳的夹紧力，同时摩擦衬块与制动盘作用时的单位压力和工作温度也都会减小。但制动盘直径D也不是越大越好，它受到车轮轮辋直径的限制。一般，在设计时选择制动盘的直径D为轮辋直径的70%～79%，如果汽车质量偏大，超过4000kg，制动盘的直径D要采用上限的尺寸。此次设计为轿车制动系统设计，其轮辋直径为19英寸，换算后为482.6mm（19×25.4mm）,则D取482.6×0.79=381.3mm。按照行业要求《JBT7019-1993盘式制动器-制动盘》，取D=380mm。制动盘的厚度由于制动盘厚度跟质量和工作温度有关系，要降低制动盘质量，制动盘的厚度则不能太大；考虑到其工作温度，制动盘厚度不能选的太小。通常制动盘可以有实心式的和通风式两种，从容易散热角度考虑，通常选择的制动盘是通风孔式，就是在制动盘的两工作面之间铸出通风孔道。通常情况下，通风孔式制动器厚度取20mm～30mm为宜。经过仔细考量，制动盘厚度取25mm。4.1.2制动钳制动钳在制动时，需要承受较大作用力，因此需要保证制动钳具有较高的强度和刚度。目前制动钳的材料主要采用以下三种：球墨铸铁、可锻铸铁和铝合金材料压铸而成。有的被制造成一整个，有的被制造成两个，用螺栓将其连接。通常制造时，会在制动钳中设有制动油缸，而还有一些制动器仅将一个制动油缸装嵌入制动钳中。轿车的钳盘式有单缸70mm左右的（单缸），双缸则达45.5mm，客车和货车可达82.5mm（单缸）或79.4mm（双缸）。必须要使制动时制动液的温度降低，通常是把活塞开口顶靠制动块的底板。活塞一般采用铝合金或者刚制造，为了提高活塞的磨损性能，通常情况下，会在活塞的工作表面镀鉻处理。制动钳可安装在半轴前方也可安装在半轴后方，安装在半轴前方时，可有效避免汽车行驶时，车轮甩出的污泥和污水进入制动钳，安装在半轴后方时，可减少车轮轮毂轴承的合成载荷。本次设计的制动钳安装在车轴前面。4.1.3制动块所谓制动块，是由背板和摩擦衬块两者压嵌组成的。摩擦衬块多采用扇形，为避免摩擦衬块外围发生卷角产生噪音，活塞应尽可能多的压住制动块。制动块背板大多由钢板材料制成，为了降低热传导和减少噪音，通常会在摩擦衬块与背板中间喷涂层隔热减震胶。1）摩擦衬片内半径与外半径摩擦衬片的外半径r2和内半径R1比值一般不超出1.5，内外半径比值大于0.65。根据摩擦衬片工作面积，取摩擦衬片的角度为60°，通过计算，R1=92mm、R2=135mm，衬片与制动盘同心。外内半径的比值，内外半径比值。由摩擦衬块的内外半径可计算出衬片的有效工作半径。一般普通的扇形衬块，如果径向尺寸较小，那么衬块的有效半径Re为内外半径的平均值就会非常精确。所设计的衬块径向尺寸不使很大，故可以用上述方法进行计算，所以：2）摩擦衬片工作面积A摩擦衬块单位面积与汽车质量成一定关系，推荐在16kg/cm2～35kg/cm2范围内选取，本次取25kg/cm2。设计选取的轿车质量为满载质量为2599kg，则摩擦衬块的工作面积为：2599/25=103.96cm2，取A=104cm2。3）摩擦衬片的厚度制动时，摩擦衬片直接与制动盘作用，单位压力大，温度较高，因此设计时其厚度尽量取大些，轿车摩擦衬片的厚度一般在7.5mm～15mm之间，中、重型汽车的摩擦衬片的厚度在13mm～24mm之间。一些盘式制动器配有报警装置，当摩擦达到承受值时，会通知车主尽快采用新的摩擦衬片。本次轿车盘式制动器的摩擦衬片厚度选取为13mm。4.1.4摩擦材料摩擦材料的选取要考虑很多方面，要尽可能地去满足多个方面，最基本的就是材料要有较高的摩擦系数，抗热衰退性足够强，不会因为温度的变化而出现问题；同时要从力学性能去考虑，因此要求有一定的抗压抗剪能力；当要制动时也不能有噪音出现；从环保方面考虑，尽量采用污染小、对人伤害低的材料。当今制动器材料大多采用模压材料，它是石棉纤维与多种材料混合而成的，包括一些乱七八糟的填充剂、树脂粘合剂和石墨组成的，制造此材料需要高温条件进行。但是缺点是此种材料挠性不好，一般按一定标准模压衬块。利处也很显著，就是材料可以考虑添加上聚合树脂，这样衬块或衬片具有不同的力学性能。还有就是由铜丝和长纤维棉编制城的材料，编制完之后呈片状，然后再添加上树脂结合剂干燥后对其进行碾压而成。这样制造出的此材料挠性优秀，剪切后可以铆接到任意的制动蹄或制动带上。当温度在大约100℃～130℃时，摩擦系数（）会很高，冲击强度比模压材料高5倍左右。缺点就是耐热性不好，大约再超过230℃左右就会很难承受住较大的单位压力，极易磨损。一般将这种材料盘式制动器不采用，中央制动器有可能会采用。占大比重铁粉或铜粉制成的粉末金属材料，放入一些非金属粉末作为摩擦系数调整剂，通过粉末冶金方法对其进行加工。该材料有良好的抗热衰退性，可惜成本大，高端轿车上或负荷重的货车会采用。一般摩擦材料摩擦系数的稳定值大多在0.3～0.5之间，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取0.3～0.35。摩擦材料确定时要考虑，摩擦系数和耐磨性成反比。本设计的摩擦材料的摩擦系数取0.3。4.1.5制动轮缸在液压制动系中制动轮缸不可或缺，制动轮缸通常是用灰铸铁HT250铸成的，其内分有工作腔，工作腔被密封圈封闭。轮缸中的缸筒则是经过严格精密制造而成，里面的通孔则需要镗磨，其实质就是张开机构。4.2盘式制动器强度校核以及相关计算4.2.1摩擦衬片的磨损特性的计算经过长时间使用，摩擦衬片也会出现磨损情况，磨损特性受多方面影响，与温度、压力、材料属性等因素有关，所以从理论上计算磨损特性很难有准确结果。从实验中看出，磨损特性尤其受表面温度、压力、摩擦系数等因素影响。汽车制动的本质无非就是把动能通过摩擦一热量形式耗散掉。整个制动过程，都与制动器密不可分，制动器是核心。而热量并不能快速耗散到空气中，于是温度就会突然升高，即所谓的制动器能量负荷，会加大对衬块的磨损。比能量耗散率被当作评价制动器能量负荷的指标。比能量耗散率也称作单位功负荷或能量负荷，指的是单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为。一般汽车的一个前轮制动器和一个后轮制动器的比能量耗散率分别是：（4.1）（4.2）（4.3）式中：—汽车回转质量换算系数；—汽车总质量；v1，v2—汽车制动初速度与终速度，；计算时轿车取；—制动减速度，，计算时取；t—制动时间，；，—前、后制动器衬块的摩擦面积；—制动力分配系数。.在紧急制动到时，大致选取，则有：（4.4）（4.5）将，，，，，，。代入式（4.3）可求得；代入式（4.4）则可求得。轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于。比能量耗散率过高，不仅会加速制动衬片(衬块)的磨损，而且可能引起制动盘的龟裂。经校核符合要求。4.2.2盘式制动器最大制动力矩的计算如图4-1所示为汽车在良好平整路面上制动时的受力状况：图4-1制动时的汽车受力图根据图4-1给出的汽车制动时的整车受力情况，并对后轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为：（4.6）对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为：（4.7）式中：—汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N；—汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N；—汽车轴距，mm；—汽车质心离前轴距离，mm；—汽车质心离后轴距离，mm；—汽车质心高度，mm；—汽车所受重力，N；m—汽车质量，；—汽车制动减速度，。若在附着系数为的路面上制动，前、后轮均抱死，此时汽车总的地面制动力于汽车前、后轴车轮的总的附着力（4.8）可得水平地面作用于前、后轴车轮的法向反作用力的另一表达式：（4.9）（4.10）（4.11）式中：—制动强度；，—前后轴车轮的地面制动力。前后轴车轮的附着力为：（4.12）（4.13）由式（4.12），式（4.13）可求得在任何附着系数φ的路面上，前、后轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为：（4.14）（4.15）式中：—前轴车轮的制动器制动力：；（4.16）—后轴车轮的制动器制动力：；（4.17）—前轴车轮的地面制动力；—后轴车轮的地面制动力；，—地面对前、后轴车轮的法向反力；—汽车重力；，—汽车质心离前、后轴的距离；—汽车质心高度。本设计为桥车的满载质量为2599㎏，φ=0.6，L=2915mm，=1603mm，=1312mm，=780mm。根据式（4.9），（4.10）可得Z1=16169.6N，Z2=10310.4N；由式（4.16），（4.17）可求得，。制动力矩最大时，制动力和法向力成正比，所以。通常比值：轿车约为1.3～1.9。经校核，符合要求。前轴的车轮制动器制动力矩极限最大值为：（4.18）式中—车轮有效半径，选取本次设计轿车轮胎型号，轮胎型号为255/50R19。则有效半径。根据式（4.18）可得：。一个车轮制动器应有的最大制动力矩为按上式计算所得结果的半值。4.2.3盘式制动器能承受的最大制动力矩的计算对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，取作用半径R为平均半径或有效半径已足够精确。如图4-3所示，平均半径为·1（4.19）式中：R1，R2—扇形摩擦衬块的内半径和外半径。图4-3钳盘式制动器的作用半径计算用简图根据图4-2，在每单元面积上的摩擦力对制动盘中心的力矩是，式中q为衬块与制动盘之间的单位面积上的压力，所以一侧的制动块对制动盘上的力矩为：（4.20）单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为：（4.21）得有效半径为：（4.22）令则有：（4.23）由摩擦衬块的内外半径可计算出衬片的有效工作半径。若果是普通的弧形衬块，如果径向不是过大，则衬块的有效半径Re为内外半径的平均值就会非常准确。所设计的衬块径向尺寸不使很大，故可以用上述方法进行计算，所以：盘式制动器的计算用简图如图4-4所示：图4-4盘式制动器的计算用简图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：(4.24)式中：f—摩擦系数；N—单侧制动块对制动盘的压紧力(见图4-3)，取N=60000N；R—作用半径。取f=0.3，由，可得。因为4083N/m>3578.0N/m,因此该盘式制动器设计合理。4.3制动器制动时比热容的计算与校核制动器制动时，通过液压油的作用，带动活塞运动，使得左右摩擦衬片向中间制动盘靠拢，最终夹紧制动盘，达到刹车加速的效果[15]。在这一过程中，制动器将汽车的动能通过摩擦转变成制动器的热能，储存并慢慢消耗掉。因此，在设计时需要考虑，制动器是否能够储存着部分能量，需要计算制动器的许用比热容，并且校核制动器在极限比热容下能否满足要求。制动器的许用比热容与制动盘的总质量、制动盘材料的比热容、制动盘的温升等都有关系，在计算制动器比热容时，可以根据公式（4.25）进行计算。(4.25)式中：——制动盘的总质量；选取轿车制动盘选择=21kg。——制动盘材料的比热容，查《机械材料设计手册》得：铸铁=482J／(kg·K)，铝合金c=880J／(kg·K)；本次设计的制动盘材料为灰铸铁，取=482J/(kg·K)。——与制动盘相连接的其余受热零部件的总质量，比如：制动钳、摩擦衬块、车轮轮毂、轮辐等总质量，本次设计取=40kg。——与制动盘相连接的其余受热零部件的比热容本次设计取==482J/(kg·K)。 ——制动时，制动盘的温升，本次设计取=14℃。L——制动器比热容带入公式(4,.250计算得：汽车制动时，制动器将汽车的动能转变成热能，刹车制动比较迅速，可理解成转变成的热能被前后轴吸收，则可按公式（4.26）和公式（4.27）计算前后轴制动器的比热容。(4.26)(4.27)式中：——汽车满载质量；查表3-1，取=2599kg——汽车制动时，瞬间下降的速度；可取va=21m/s；——制动力分配系数；取=0.61本次设计的是轿车前轴盘式制动器，将数据带入公式（4.26）得：=因为L=404880L1=323056,即制动器的极限比热容小于许用比热容，所以该制动器的比热容符合要求。

5液压制动系统方案的确定5.1制动系统管路布置的确定液压制动系统关系到行驶安全，因此必须保证其安全可靠，且有检测报警装置，因此，在管路中设计时，至少要有两套相互独立系统，即便一条管路损坏，另一条管路也可以正常工作。液压管路的布置类型较多，但主要有H型、X型和双T型应用较为广泛，其余小众类别，如HI型、LL型、HH型等类型在此不做介绍。图5-1液压系统管路的布置类型H型管路H型管路如图5-1（a）所示，该种管路采用两前轮共用一条液压管路，两后轮共用一条液压管路，前后轮的制动管路成独立的回路系统，该种类型管路布置简单，成本较低，但缺点是一条管路的损坏将会增加另一条管路的负荷，会出现失去转向能力（后轮管路失效）或则导致汽车甩尾（前轮管路失效）的现象发生。X型管路X型回路如图5-1（b）所示，该种管路采用对角线上的前后轮共用一条独立的液压回路，即前轮的一侧和后路的对称侧共用一条回路，共两条回路，是交叉布置。优点是结构简单，各条管路制动效能平衡，制动力分配系数没有变化，保证整车负荷稳定，缺点是，一条液压管路损坏，会导致制动力不对称。对角方向的前、后轮共用一条管路。不管哪条管路出现问题，制动力减半，通常轿车上采用。双T型管路双T型管路如图5-1（c）所示，该种管路采用两前轮和一后轮共用一条管路，每个前轮的两条管路是独立的，前轮制动轮缸采用双腔结构。制动性能不错，唯独结构比较麻烦，造价不低。经过综合比较，最终确定本次桥车的制动系统管路选用X型管路。5.2制动系统制动主缸方案的确定及运行原理制动主缸是液压制动系统中的重要部件，其作用是将踏板力转变成液压力，它的可靠性和稳定性直接影响到汽车的制动安全，所以如今的汽车基本不再采用单回路制动系统，而实采用如图5-2所示的方案。图5-2串联双腔式制动主缸结构图制动时，如图5-3所示。驾驶员踩下制动踏板→推杆前移→第一活塞左移（此时平衡腔右腔出液压油）→第二活塞左移（此时平衡腔左腔出液压油）→制动轮缸。解除制动时，活塞在弹簧作用下回位，高压油液从制动管路流回制动主缸。图5-3串联双腔式制动主缸制动时状态因为是决定制动的重要部件，因此，必须保证安全可靠，就算一条回路损坏，仍然可以进行制动。下面介绍两种情况下串联双腔式制动主缸的状态。第一制动管路损坏第一制动管路损坏，如图5-4所示。其运动如下：首先后活塞运动到达前活塞，左腔的压力就会变大，油液进入第二制动管路，由于腔体中两侧液体压力值不同，平衡活塞便向右运动，滑动销也往下走，这时报警开关打开，仪表盘闪亮起警报灯。图5-4串联双腔式制动主缸第一制动管路损坏时的状态2.第二制动管路损坏第二制动管路损坏，如图5-5所示。其运动如下：第二活塞运动到接触主缸缸体→右腔高压→第一制动管路通油→平衡活塞两端腔体中液压不等→产生警告信号。图5-5串联双腔式制动主缸第二制动管路损坏时的状态综上分析，任何一个管路单独损坏，回减小制动效能，但不会危及制动安全，需要在报警灯闪烁时，及时修理。

6液压制动操纵机构的设计6.1制动轮缸直径及工作容积的设计计算根据公式（6-1）式中：p——轿车制动工作状态下制动轮缸的液压，p=6Mp～8Mp，本次取p=7MpP——制动状态下受到的压力，对于轿车一般取6500N以上，本次取P=8000N则：=38.2mm根据GB7524-87标准规定的尺寸中选取,因此选取制动轮缸直径为40mm。一个轮缸的工作容积根据公式（6-2）式中：——一个轮缸活塞的直径；n——轮缸活塞的数目；δ——一个轮缸完全制动时的行程：δ可取2mm-2.5mm，本次设计取δ=2mm得：=2513mm6.2制动主缸直径及工作容积的设计计算制动主缸应有的工作容积=1.3V式中：V——前后轮缸的总的工作容积，该车选用的是前后盘式制动器，假设各制动器容积一样，则总工作容积V=4VW1=4×2513=10052mm3。——制动软管在掖压下变形而引起的容积增量；则轿车的制动主缸的工作容积可取为=1.3V=1.3×11305=13067mm。主缸直径和活塞行程S根据公式：（6-3）一般S=(0.8-1.2)d取S=d得===25.53mm根据GB7524-2013标准规定的尺寸中选取,因此主缸直径为30mm。==30mm6.3制动踏板力与踏板行程6.3.1制动踏板力根据公式：（6-4）式中：——制动主缸活塞直径；P——制动工作状态下制动轮缸的液压，p=6Mp～8Mp，本次取p=7Mp；——制动踏板机构传动比；取=4；——制动踏板机构及制动主缸的机械效率，可取=0.85～0.95。取=0.9根据上式得：=1373.75N>300N所以需要加装液压助力器。式中：：液压助力比，取6。=1373.75/6=228.96N<