毕业设计（论文）-浮钳盘式制动器设计

PAGE21-目录TOC\o"1-1"\t"标题2,1,标题3,1"目录 -1-摘要 -3-Abstract -4-1绪论 -5-1.1研究制动系统的背景以及意义 -5-1.2制动系统的由来 -5-1.3国内盘式制动器的发展状况 -7-1.4国外盘式制动器的发展状况 -8-2制动器的作用与种类选择 -10-2.1制动系的功能 -10-2.2制动系的分类 -10-2.3鼓式制动器与盘式制动器的比较 -11-2.4盘式制动器的比较 -13-2.5浮动钳盘式制动器的工作原理 -14-3.制动器设计 -16-3.1整车参数 -16-3.2盘式制动器设计 -16-3.2.1盘式制动器参数设计 -16-3.2.2制动器主要零件结构设计 -17-4制动系的主要参数选择及计算 -20-4.1制动力与制动力分配系数 -20-4.2同步附着系数 -24-4.3制动器制动力矩的确定 -25-4.4摩擦衬块磨损特性的计算 -26-5制动驱动机构的结构型式选择与设计计算 -28-5.1制动驱动机构的形式 -28-5.2制动管路选择 -29-5.3液压驱动机构的设计与计算 -30-6制动性能分析 -32-6.1制动性的评价指标 -32-6.1.1制动效能 -32-6.1.2制动效能的恒定性 -32-6.1.3制动时汽车方向的稳定性 -32-6.2制动距离验算 -33-7校核与技术要求 -35-7.1制动器热容量和温升的核算 -35-7.2制动器技术要求 -35-7.2.1制动盘的技术要求 -36-7.2.2制动钳技术要求 -36-7.2.3前轮轮毂总成技术要求 -36-83D图展示 -38-参考文献 -41-致谢 -42-全套图纸加V信153893706或扣3346389411

摘要使行驶中的车辆能够按照司机的要求执行强制减速直到车辆停下来；使已经停下来的车辆无论在什么条件下的道路都能够稳定停住。同时让车辆在下坡时候的速度可以保持稳定，制动系统的作用就表现在此。如果在行驶过程中，制动系统失去控制，轻则车毁人伤，重则车毁人亡。论文参考了大量文献资料，在此基础上研究了不同制动系统的优缺点，综合了许多的因素选择了适合本设计的制动方式，接着确定了整体设计方案，并对制动器所需要的主要参数以及驱动机构进行了设计计算，利用CATIA建立了三维模型，并绘制了二维图纸。关键词：制动系统盘式制动器驱动机构

AbstractSothatthevehiclecanbedriveninaccordancewiththerequirementsoftheimplementationofthemandatoryslowdownuntilthevehiclestopped;sothatthevehiclehasbeenstoppednomatterwhattheconditionsoftheroadcanbestabletostop.TheWhilethespeedofthevehicleinthedownhilltimecanremainstable,theroleofthebrakingsystemontheperformanceinthis.Iftheprocessofdriving,thebrakesystemoutofcontrol,rangingfromcardamage,whilethecarisdead.Papersconsultedalargenumberofliteraturematerial,Onthisbasisoftheadvantagesanddisadvantagesofdifferentbrakingsystemsarestudied，Combinedwithanumberoffactorsselectedforthedesignofthebrakingmethod,thentodeterminetheoveralldesignscheme,Andthemainparametersrequiredforthebrakeandthedrivemechanismweredesignedandcalculated,thethree-dimensionalmodelwasestablishedbasedonCATIA,anddrawthe2ddrawings.Keywords：Brakesystem,Discbrakes,Drivemechanism

1绪论1.1研究制动系统的背景以及意义汽车是现代交通工具中使用频率最高的，也是最方便的交通工具。根据相关资料统计数据，截至2011年年底，世界上人们拥有汽车的总数量已经超过10亿辆，同时世界车辆的总数量正在以极快的速度增长，年增长量约30000000辆[1]。汽车底盘最重要的系统就包括了制动系统，汽车中的制动器是有着使运动部件（或机械）减速、停止或者保持停止状态等功能的装置，这是机械不可缺少的关键部件之一，伴随着汽车向高速化，智能化，专业化等方向的发展，所以对制动器的工作可靠性方面，操作频率方面、寿命方面等性能参数的要求逐日提高，品种规格也随之增多。所以为了保证驾乘人员的安全性，必须为汽车配备一个安全可靠的制动系统。1.2制动系统的由来汽车中使用的早期轮胎制动器与马车轮胎制动器相同，轮胎制动是通过一个长杆把一块具有摩擦力的衬片压住。在1889年，德国的戴姆勒（G.Daimler）把制动鼓装在后轮上，然后绕上电缆变成制动装置。。第一个前轮盘式制动器是于1989年，由美国的埃·安·斯佩里（E.A.Sperry）的电动汽车采用。它的原理是二个车轮的轮毂通过圆盘使其分别连成一体而旋转；然后利用电磁铁的作用，使用两个带有摩擦片的小圆盘，使其紧贴于转动圆盘来实现制动。1902年，在纽约沿河大道上奥尔兹（RansomEliolds），完成了重要的制动试验，当时用的是抱闸带式制动器。“奥兹莫比而”汽车的后轴轮毂上包裹了柔性不锈钢制动带，当制动踏板被压下时，轮鼓被制动带箍紧从而使汽车停住。到1904年时，基本上所有的汽车制造商在他们的新车后轮都配备了此种带式抱闸制动器。1902年，鼓式制动器在法国被发明。同年，凸轮式制动器被英国的兰切斯特发明；同年，盘式制动器的专利权也被他取得。制动时铜制衬垫和金属圆盘之间有冲击噪音是这种盘式制动器的最大问题。1903年，空气制动器于美国被廷切尔汽车首次使用。美国威斯汀豪斯发明了空气制动器，原用于火车上。那是在19世纪的一个夏天，纽约铁路上的一列火车正开往波士顿，一辆马车正在穿越铁路，火车并没有因为紧急拉手柄制动而立即停止，一场悲剧如期而至：马车损坏，伤亡惨重。这场悲剧被威斯汀豪斯看目睹，创造一个新制动器的决心由此诞生，终于空气制动器在1869年被制成，车轮通过压缩空气配以活塞和杠杆配以压缩空气产生的大量推力来顶住。1907年时，英国人赫·弗罗特提出用石棉板做刹车片的设想，从而解决了兰切斯特盘式制动器纯在的之偶的那个噪音问题，并且比其它摩擦材料耐用得多。1911年法国的别儒设计出首个四轮制动器。20世纪初，凯迪拉克公司在8型汽车将涨闸式制动器和抱闸带式制动器安装在制动鼓的内壁和外圆上，与此同时，美国的DusenBaker通过装配上内鼓轮涨闸式制动器在汽车的前、后轮上来达到增加汽车制动力的目的。于是，在当年的爱琴海车赛（ElginRoadRace）中出尽风头。1918年，液压制动器被英国被加洛克希德（Lockheed）创造，制动蹄压紧制动鼓是通过压力油从液压主缸的油管传递到制动轮缸来完成。直至1921年，DusenBaker首先在汽车四个轮子都配备了液压制动器，完整的汽车液压制动系统由此组成。1925年，可尔型汽车最早使用了能自动调节制动间隙的制动器。当制动摩擦片磨损时，利用一个调整楔块被拉伸弹簧的作用，顶杆缩回，移动支靠在弹簧上的杠杆以及销子，使调整楔块紧靠着制动蹄，从而在制动鼓和摩擦片之间保持预定的间隙。1928年，类似于今日的真空助力制动器在皮尔斯-阿罗汽车被第一次装用。驾驶员作用于制动器上的操纵力通过进气歧管的真空来达到降低的目的。1955年，日本开始采用双助力制动器。其蹄鼓间隙可由制动器自动调整。1958年，第一个实用的防抱死制动装置在英国道路研究所实验室研制成功，并被命名为马克斯雷（Maxaret）,詹森前轮驱动赛车第一次应用了该装置。1960年左右时，排气制动器开始在重型汽车上使用，轻型汽车于七十年代普及了改装置。1965年，开始广泛在[2]液压管路中设置分开式助力器。1.3国内盘式制动器的发展状况目前轿车工业在不断发展，盒子企业有不同程度的引进，国外先进技术也不断进入，盘式制动器配置在汽车的使用上正在形成规模，盘式制动器配置已经被用于大部分轿车的全部车轮，少数轿车的前轮与后轮的鼓式制动器配合，使汽车在较高的制动时方向的稳定性能够被保证。这一技术在提高车辆性能、安全性、舒适性、改善生活环境等方面起到了很大的作用。在商用车这一板块，盘式制动器正在被新车型及高端车型逐渐使用。（1）在轿车方面：降温快的盘式制动器通常被现代汽车的前轮采用。因为前轮制动缸的直径只能小于或者等于后轮制动缸的直径，如果汽车前轮和后轮均使用该制动器则会违反该原则。因为现代汽车的前轮制动力约占整车制动力的65%-75%。因此，盘式制动器[3]一般被轿车前轮所改用。直至2000年轿车的盘式制动器配套需求量为150万辆份。（2）在大型客车方面：近年，气压盘式制动器被越来越广泛的使用，该制动器本常被运用于高档客车产品中。原因是国内制造厂商在相关领域技术的不断完善和产品价格的降低。前后都采用气压盘式或者前盘后鼓式制动器这一模式在国内汽车行业被广泛使用，例如东风汽车有限公司开发的高档客车。经过大量测试，在可靠性或者性能方面气压盘式制动器都体现出很大的优势。尤其突出的是，国内制造厂商的产品具有良好的可靠性的良好的性能，与国外同类产品相比，性价比高。国内对气压盘式制动器的研究在2000年初期才开始起来。率先对该产品开始研究的是武汉元丰公司。率先推出了自己的系列产品，并且把自己的产品应用于公路旅游客车以及国内城市公交上。随后国内武汉万向、浙江亚太等厂家纷纷效仿，但具有规模的制造商和工业化产品仍未形成规模。目前在国内市场上占据大部分气压盘式制动器的份额的只有武汉万向和武汉元丰的产品。目前，国内主流制造厂家的产品主要是由WABCO的单推盘结构引导，由于其结构较为简单，双推盘结构的制动器相比单推盘结构的制动器制造过程要复杂很多，可靠性也差强人意．因此在单推盘制动器方面国内厂家相对较为成熟[4]。（3）在重型汽车方面：由于汽车技术的持续发展，盘式制动器较鼓式制动器具有明显的优势，在欧洲等市场盘式制动器已被广泛使用。直至2012上半年，除了个别汽车制造商在前桥上有一些大量使用外，其他主流制造商均未形成有效的批量使用。虽然多年前，国内主要中重卡制造商已经开始研究盘式制动器的应用，做了大量的推广工作。从市场和技术的角度来看，欧洲卡车发展的历程已经证明了制动器的必然趋势是盘式制动器取代鼓式制动器。工信部于2011年底下发了第632号文，由于考虑到在制动安全性方面盘式制动器的优势较为明显，明确只有前桥安装了盘式制动器的运输车才能运输危险的化学品。在国家强制要求情况下汽车企业开始有了一定规模的应用，但是与国内庞大的卡车市场相比，占比较小。中国重卡制动器占比：鼓式制动器约为97%，盘式制动器约为3%[5]。1.4国外盘式制动器的发展状况在所有的主要性能方面，气压盘式制动器都优于传统的鼓式制动器，这是由国外汽车研发机构对盘式制动器经过多年的测试和研究得来，因此气压盘式制动器在新型的载重汽车上广泛使用。现在气压盘式制动器总成（这种气压盘式车轮制动器装配组装在汽车的前后车桥总成上）[6]被大量用于一些欧洲汽车公司制造的汽车上。在制动性能等方面气压盘式制动器有显著的优势，主要表现在以下几个方面:经过这几年的不断改进、开发，盘式制动器的发展非常迅猛。大公司更注重气压盘式制动器在中、重汽车领域的开发。同时也兼并着将液压盘式制动器运用在原有轿车中。①博世（Bosch）公司制造出了盘式制动器系列产品有16"、17.5"、19.5"、22.5"。②19.5"盘式制动器PAN19-1被（Wabco）制动器制造公司开发问世.③17.5"、19.5"和22.5"三种规格的盘式制动器于瑞典被哈蒂克斯（Haldex）公司现开发出，Haldex公司的制动钳已被奔驰公司的轿车使用。④19.5"、22.5"盘式制动器被柯尔乐（Knorr）公司研制出。同时一种有齿的盘式制动器也被开发，该制动器的工作原理是通过另一个有齿的装置与轮毂连接，于2001年初已批量生产，DAF已取得使用权，装在新开发的CF系列汽车上。⑤新的19.5"、22.5"盘式制动器在德国BPW还与Knorr公司合作中被研制出。重量减轻8~10kg。它的固定制动钳螺栓采用全长螺纹。制动钳是从侧面用螺栓连接，并未使用轴向用螺栓连接的方式。⑥阿文美驰公司制造出了16"、17.5"、19.5"、22.5"盘式制动器。⑦卢卡斯（Lucoss）制动器有限公司制造出了15.5"、16"、17.5"盘式制动器（该公司现已被Wabco制动器制造公司购买）[7]。液（气）压盘式制动器在经过了十多年的发展和改变，现在的生产技术已经更加成熟，形成了系列产品。例如：罗伯特·博世有限公司公司、威伯科制动器制造公司、ArvinMeritor汽车工业公司等每年生产的制动器都在20-50万台以上：在欧、美、日等发达国家，已把盘式制动器作为标准件装备在多级别的轿车、客车、中型、重型汽车上[8]。我国在液压盘式制动器的生产技术上起步较晚，在大部分轻型车、面包车上使用液压盘式制动器都是因为引进了德国，日本等轿车，从他们的技术中借鉴而来，而且中国的制动器制造商生产出来的制动器产品种类少，配套市场狭窄。在1999-2002年中国的才逐渐开始生产气压盘式制动器，国内目前真正形成规模化生产企业寥寥无几，如武汉元丰、浙江万向、一汽四环等[9]。但开发气压盘式制动器的热火朝天的局面大有愈演愈烈的趋势。

2制动器的作用与种类选择2.1制动系的功能汽车需要行驶，而且还需要能够让行进中的汽车减速甚至停下来，有时更重要的是能够可靠地停车。如果要让行驶中的汽车快速停车或者减速，就必须要产生一个力，而且这个力的方向要与汽车行驶的方向相反，在行驶的汽车上有很多与之相反的力作用在它行驶相反的方向上，但是这些里很难被控制，而且作用的力的大小也不一样：比如说滚动阻力、坡道阻力、空气阻力、减速阻力等，因此，汽车上必须要设置一些专用的装置，能够方便驾驶员能够对道路和交通等情况，借助以外界（主要是道路）在汽车自身部分（主要是车轮）施加一定的力，对行驶中的车辆进行强制制动，使车辆立即停止住或者马上让速度降下来，这就是制动系统的功能，这一系列的专用装置是制动系统。另外，当行驶中的车辆停下来后需要可靠地停车，这也包括在上下坡上的可靠停放。是汽车能够可靠地停车也是制动系的功能之一。2.2制动系的分类制动器按照其主要功用可分为3大类。①行车制动器行车制动装置是汽车行驶时司机通常使用的制动装置，一般是司机用腿操纵，能产生较大的制动力。驻车制动器驻车制动器是司机在停车时使用的制动装置，一般是司机用手操纵。主要用于汽车停住后防止汽车发生溜车。驻车制动器的制动器可安装在变速器后面的传动轴上，叫做中央制动器，也可以使驻车制动器让后桥车轮制动器来充当，叫做复合式制动器。行车制动器和驻车制动器这两个是每一辆车都应该拥有的最基本的装置。③应急制动、安全制动和辅助制动装置应急制动是用一个单独的管道控制车轮制动器作为备用装置。安全制动是制动气压未达到起步额定气压而让汽车起步或在行车时当制动管路漏气等造成制动气压不足时，自动产生制动，使车辆无法行驶，保证汽车行驶安全。辅助制动是为了下长坡是减轻行车制动器的磨损而设，其中利用发动机排气制动应用最广[10]。2.3鼓式制动器与盘式制动器的比较（1）鼓式制动器鼓式制动器的组成部分包括：制动部分和控制部分。通过完成车轮与制动器之间的固定，可以实现制动器随着车轮转动而转动的工作状态。制动时，通过总泵、分泵等装置的运行使制动鼓与摩擦片之间相互挤压产生制动力矩，实现制动。制动器在很长一段时间运行时会产生很多的热量，对于封闭结构的鼓式制动器，这些热量很难得到及时的散发。当汽车走长下坡时制动器一直处在工作状态，大量地散热会导致制动性能衰减，造成安全隐患。大量的热还会导致制动器的尺寸变大，工作性能变得不可靠。然而鼓式制动器结构简单，经济成本低，密封的结构也能有效减少杂质的入侵。1、8-销轴；2、7-制动蹄；3-摩擦片；4-油缸；5-弹簧；6-制动轮（2）盘式制动盘式制动器有以下几个装置组成：制动盘、制动钳、摩擦片及控制部件。盘式制动器的制动原理：通过总泵、分泵等装置的运行使得制动钳上的摩擦片与制动盘之间相互运动而产生的摩擦力让汽车制动。外露的制动盘、制动钳及小型结构的制动块使得盘式制动器较鼓式制动器相比具有更好的散热性。盘式制动器上的通风孔有利于散热的同时也减轻了其相对质量。因此，在高负载条件下，环境因素对盘式制动器的影响较小，能够保证制动效果的稳定性。相对的，盘式制动器成本高，耐用性不如鼓式，摩擦片寿面较低，在不良路面行驶时由于泥沙落到制动盘上也会影响其制动效能。日本丰田皇冠牌轿车前轮制动器表2.1鼓式制动和盘式制动优缺点比较优缺点/形式盘式制动鼓式制动优点热稳定性、水稳定性和制动稳定性较好，摩擦衬片在磨损后容易更换，传动比大结构简单，成本低廉，不易进杂质物质影响制动缺点制动效能较低，成本高易沾染灰尘影响制动散热性能差，高负载时易产生制动效能衰退，稳定性较差，密封结构导致维修更难综合考虑，为保证制动可靠性，本设计制动系统采用盘式制动器。2.4盘式制动器的比较钳盘式制动器和全盘式制动器是盘式制动按结构分类的两种形式，在目前应用当中，全盘式制动器只用在少数重型汽车上，其应用程度远小于钳盘式制动器，在性能方面也是钳盘式制动器要好的多，因此本设计中采用钳盘式制动器。固定钳式和浮动钳式是钳盘式制动器的两种不同结构形式，在此基础之上浮动钳式还可细分为滑动钳式和摆动钳式。（1）固定钳式制动器固定钳式制动器结构如图2.1所示[11]，其制动钳体固定在转向节（或桥完）上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外版时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制列。会放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧则将两制动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式盘式制动器。(2)浮动钳盘式制动器浮动钳盘式制动器结构如图2.2所示[11]。浮动钳盘式制动的制动钳可以在制动盘轴向移动，制动时油泵将单侧活塞压向制动盘产生制动力。图2.2a图2.2b定钳盘式制动器的结构设计比较难，整体尺寸比较大，当制动器长时间工作时产生的大量的热，这会使一些油管中的制动液汽化。相对而言由于浮动钳式制动器在保证工作可靠性的同时无跨越制动盘的油道，因此其尺寸较小结构简单。经过综合比较本设计决定采用浮动钳盘式制动器。2.5浮动钳盘式制动器的工作原理浮动钳盘式制动器的工作原理产见图2.3，制动时，活塞5在液压力的作用下，将带磨损报警装置的制动块总成4推向制动盘1。与此同时，作用在制动钳2上的反作用力推动制动钳沿导向销7向右移动，使固定在制动钳上的制动快总成3压靠到制动盘上。于是，制动盘在和两个力的作用下被带磨损报警装置的制动块总成4和制动快总成3所夹紧，使之在制动盘上产生与运动方向相反的制动力矩，促使汽车制动。1—制动盘2—钳体3—制动快总成4—带磨损报警装置的制动块总成5—活塞6—制动钳支架7—导向销

3.制动器设计3.1整车参数某MPV设计参数空载质量1460kg满载质量1950kg轴距2760mm质心距前轴距离（空载/满载）1565mm/1600质心距后轴距离（空载/满载）1510mm/1350质心高度（空载/满载）570/550轮胎参数205/55R16车轮滚动半径315mm前后重量分配40%、60%最高车速180km/h3.2盘式制动器设计3.2.1盘式制动器参数设计（1）制动盘直径D制动盘的直径D在可能的情况下可以选择较大的尺寸通过经验数据这里取70%～79%。由轮胎规格得到轮辋尺寸为16×25.4=406.4mm，故制动盘直径为：D=406.4×0.70～0.79mm=284.48mm～321.06mm，这里取300mm。（2）制动盘的厚度h制动盘工作的环境下温度较高，如果其厚度h过大的话将会直接导致制动盘温度升高不是那么块，但这样会导致制动盘的质量过大。由经验数据，这里我们选取盘的厚度为20mm。（3）摩擦衬块和摩擦衬块内外半径之比需要小于1.5。如果内外半径之比过大会使得摩擦衬块的磨损不均匀，这样会导致制动过程中力矩的变化范围加大，不利于稳定工作。这里根据上述原因取／=1.42，有D/2=300/2=150mm，摩擦衬块比制动盘半径要小一些，取为=145mm，所以=／1.42=138／1.42=102mm，所以=102mm。（4）摩擦衬块工作面积A制动摩擦衬块单位面积在汽车质量中的占比应该在～范围内选取。摩擦衬块的工作面积：根据所需面积，取60°故符合要求。（5）摩擦片摩擦系数f由于摩擦片工作时温度比较高，为了让摩擦片受压力的影响不大，热稳定性好，所以摩擦片应该选取摩擦系数比较高的。本制动盘选用现在汽车上广泛使用的粉末冶金材料，其抗热衰退性能和抗水衰退性能较好，其摩擦系数约为0.3～0.5[12]。这里我们取：f=0.3。（6）摩擦衬块的设计计算平均半径为：（3-1）有效半径Re如下式所示：(3-2)3.2.2制动器主要零件结构设计（1）制动盘制动盘一般由珠光体灰铸铁制成，其结构形状有两种，其中一种是平板型，另外一种是礼帽型，钳盘式制动器采用后一种，其圆柱部分长度取决于布置尺寸。盘式制动器的制动盘工作环境温度较高，考虑到制动盘高强度制动工况下温升速度不能太高，故采用通风盘式，通风肋数目为24。（2）制动钳制动钳由可用锻铸铁KTH370-12制造，有的制动钳也可用球墨铸铁QT400-18制造，还有的可以用轻合金制造，例如用铝合金压铸。可做成整体的，也可以用螺栓来连接，这种制动钳就不是整体的。它的最外边有开口，这样就使得制动钳在不拆下来的情况下就可以检查或更换制动块，非常方便。制动钳体的刚度和强度应该比较高。大多数制动油缸是在钳体中加工出来的，也有小部分的油缸是单独制造的，然后再嵌入钳体中的。鼓式制动器中的油缸较小，钳盘式制动器的油缸直径较大，钳盘式制动器油缸的直径在日本轿车中双缸最大可达45.4mm、单缸最大可达68.1mm，在日本客车和货车可达双缸最大可达79.4mm、单缸最大可达82.5mm。为了减少传给制动液的热量，活塞开口的切成杯状，并由制动块背板支撑。一些活塞开口端切成梯子状，在同一平面上形成相对的两个小的半圆环形端面。（3）制动块制动块由两个部件分组成一个是摩擦部分，另一个是为了安装设计的背板部分，他们通过挤压直接合成一体。衬块设计为扇形的结构，活塞与制动块背板间加装消音片，并且活塞应尽量多地压在消音片上，这样更能减少噪声。制动块背板由钢板制成，制动块应该加装制动报警器，在衬块磨损到一定量时实现报警，保证制动安全性[13]。（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，材料应有好的耐磨性，低的吸水（油、制动液)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。各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取f=0.3～0.35。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5-2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5-2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～良差差价格中～高低～中中～高高高摩擦衬块选用粉末冶金材料[14]。（5）制动器间隙为保证制动盘能自由转动。一般，盘式制动器的为0.1～0.3mm。初选制动器间隙为0.2mm。

4制动系的主要参数选择及计算4.1制动力与制动力分配系数（1）制动力汽车制动时，如果将汽车回转质量的惯性力矩以及车轮的滚动阻力矩忽略掉，则任一角速度＞0的车轮，其力矩平衡方程为：(4-1)令（4-2）并称之为制动器制动力，是制动器摩擦力矩在轮胎周边处被克服所需的力，因此又被称为制动器周缘力。与的方向相反，当车轮角速度时，大小相同，且由制动器参数决定的。即取决于制动器的结构形式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压、或气压成正比。当加大踏板力以增大时，和均随之增大。但地面制动力受着条件的限制，其值不可能大于附着力，即或（4-3）式中——轮胎与地面间的附着系数，在此取=0.7；——地面对车轮的法向反力。制动力和制动力达到附着力值时，车轮就会抱死并在地面上进行滑行。而后静摩擦力矩就是制动力矩，而就成了与保持平衡从而防止车轮再转动的周缘力极限值。当制动达到后，制动力逐渐接近附着力值后就不会再向上变大，而制动力由于踏板力的变大使摩擦力矩变大而继续上升。（图4-1所示）对汽车制动的时候整个汽车进行受力分析，在汽车制动时的轴上承受的载荷转移及，便可得到地面对前、后轴车轮的法向反力为：（4-4）（4-5）式中：——汽车所受重力；——汽车轴距；——汽车质心离前轴距离；——汽车质心离后轴距离；——汽车质心高度；——重力加速度；——汽车制动减速度。令，称为制动强度，则汽车制动时水平地面对汽车前、后轴车轮的法向反力又可表达为：（4-6）（4-7）汽车总的地面制动力为：（4-8）式中:——制动强度，也称为比制动力或者比减速度；——前、后轴车轮的地面制动力。由（4-3,4,5,6,7,8）可求得前、后轴车轮附着力为：（4-10）上式说明：汽车在附着系数为任何一个固定数值的道路上制动时，各轴附着力也称之为极限制动力并不是常数，而是制动强度或总制动力的函数。当汽车的四个车轮制动器的制动力足够时，汽车分配的前轴与后轴的轴承载荷，分配的前轮制动器和后轮制动器的制动力、上下坡的情况以及路面附着系数等，汽车制动的过程有可能会出现的以下三种情况，即：一、前轮先抱死滑移，之后后轮再抱死滑移；二、后轮先抱死滑移，之后前轮再抱死滑移；三、前、后轮同时抱死拖滑。在以上三种情况中，显然是第三个情况的附着条件利用最好。从上面的公式就能得到在任何路面上的附着系数，前、后轴车轮附着力都被充分利用，也就是前轮和后轮一起抱死，他们的条件是：(4-11)式中：（2）制动力分配系数前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力的比值称为汽车制动器制动力分配系数，如图4-2所示，用符号表示，。于是后轮制动器的制动力与汽车总制动器制动力的比值为。图4-2某汽车的曲线与曲线则联和式（4-9），可得（4-12）即可得：（4-13）并且在所定的范围内附着条件是符合的，制动周缘力的数值和地面制动力的数值一样，所以又可被叫做制动力分配系数。4.2同步附着系数为了不让车辆后轮产生侧向滑动以及前轮失去转向能力，在车辆制动的过程中，在对马上出现汽车轮胎抱死但无任何汽车轮胎抱死的现象时的制动减速度，对于车辆可能会产生的最大减速度。分析表明，车辆在同步系数的道路上制动（前轮和后轮同时抱死）的时候，它的制动减速度为，即，为制动强度。然而附着系数为其他值的路面上刹车时，达到前轮或者后轮马上就要抱死时的制动强度，这表明只有在的道路上，道路的附着条件才会被足够的利用。国内有推荐轿车满载时候的同步附着系数取≥0.6；货车满载的时候取≥0.5为宜[14]。因为（4-14）则得（4-15）即则由式（4-11，14）可得制动器制动力为：4.3制动器制动力矩的确定为了让汽车的制动效能足够好，前轮制动器的制动力矩需要合理的确定。若衬块的摩擦表面与制动盘有很好的接触，且各个地方的单位分布的压力都很平均，则盘式制动器的制动力矩就是：式中：——摩擦系数；——平均半径（由式3-1可知=123.5mm）式中：——为活塞轮缸端面积——有汽车设计手册[14]查得轿车压力管压力一般不超过～，盘式制动器可以高一些，取=12式中：——轮缸直径，由汽车设计手册得=58mm则：4.4摩擦衬块磨损特性的计算摩擦衬片（衬块）的磨损程度通常与衬块表面的加工条件、摩擦副的材料、工作时候的温度、压力和相对滑磨速度等很多其他条件有关，如果要非常准确的计算摩擦衬块的磨损特性按道理来说是很困难的。但试验表明，摩擦衬块表面的温度、压力、摩擦系数等许多因素是会影响磨损的程度的。汽车的制动过程，是将它的机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在很大的制动力度的紧急刹车过程中，汽车的全部动力的消除几乎都是由制动器承担的。这个时候由于制动摩擦在不是很长的时间内产生的热量来不及散发到大气中，导致制动器自身温度提高。这就是所谓的制动器的能量负荷。能量负荷越大，则摩擦衬片（衬块）的磨损就越严重。制动器的能量负荷一般都是用比能量耗散率来作为评价指标。比能量耗散率又叫做能量负荷或者单位功负荷或，它表示单位时间内单位摩擦面积所耗散的能量，其单位为W/mm2。前轮制动器的比能量耗散率为：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；计算时轿车取=100km/h（27.8m/s）。——制动时间，s；按下式计算=46.3s——制动减速度，m/s2，计算时取=0.6g；——摩擦面积；——制动力分配系数在紧急制动到=0时，并可近似地认为=1，则有：轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于，故符合要求。

5制动驱动机构的结构型式选择与设计计算5.1制动驱动机构的形式根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式和气压-液压式的区别。（1）简单制动系就是司机将力施加在制动踏板上或手柄上作为动力源。力的传递方式又有机械式和液压式两种。机械式靠杆系和钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，故仅用于中小型汽车的制动装置中。液压式简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短（0.1～0.3s），工作压力高（可达10～12mpa），轮缸尺寸小，可布置在制动蹄内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构，使之结构简单、紧凑、质量小、造价低。它在汽车上的使用范围较少的原因就是力的传动比很有限。曾经轿车、轻型及轻型以下的货车及部分中型货车上液压式简单制动系还是应用的比较广泛。（2）动力制动系以汽车方剂为唯一制动能源，进行制动的能量来自空气压缩机产生的气压能或油泵产生的液压能，而空气压缩机或油泵由汽车发动机驱动动力制动系。在简单制动系中的踏板力其行程间的反比例关系在制动系中便不复存在，因此，此处的踏板力较小且可有适当的踏板行程。动力制动系有气压制动系、气顶液式制动系和全液压动力制动系。动力制动器最普遍的型式是气压制动系，由于气压制动系可以获得很大的制动驱动力，并且主车与拖车之间制动驱动系统之间的连接装置结构简单，易于连接和断开，被广泛用在载货汽车（总质量为8t以上）上。气顶液式制动系是动力制动系的另一种形式，即利用气压系统作为普通的液压制动系主缸的驱动力源的一种制动驱动机构。它兼有液压制动和气压制动的主要优点。由于气压系统的管路短，作用滞后时间也较短。显然，其结构复杂、质量大、造价高，故主要用于重型汽车上。全液压动力制动系是用发动机驱动油泵产生的液压作为制动力源。其制动系的液压系统与动力转向的液压系统相同，也有开式和闭式两种。目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。（3）伺服制动系伺服制动系是在人力液压制动系中增加由其它能源提供的助力装置，使人力与动力并用。在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，而在伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。因此，在中级以上的轿车及轻、中型客车、货车上得到广泛的应用。综上所述，故选用液压式驱动机构。5.2制动管路选择为了提高制动机构的工作可靠性，保证汽车在道路上行驶的安全性，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，防止一个回路发生故障时，其他完好的回路仍能可靠地工作。图5-1所示为双轴汽车的液压制动驱动机构的双回路系统的5种分路方案图：5—1双轴汽车液压双回路系统的物种分路方案[15]制动管路的布置形式中Ⅱ型的管路结构简单，运用较广。X型的结构也很简单安全性能较好。

HI、HH、LL型的结构都较为复杂，本次设计的汽车尺寸较小，综合考虑，本次设计选用X型管路分布。5.3液压驱动机构的设计与计算（1）制动轮缸制动轮缸将压力传递给制动衬块实现制动。本设计采用钳盘式制动器，是单活塞结构。制动管路在制动时其压力一般不超过120MPa。轮缸直径应在标准中选取这里油压选取：12MPa所以=58mm[16]。（2）制动主缸工作容积制动主缸直径应在标准规定的尺寸系列中选取如表5—2所示，选取制动主缸直径为19mm，主缸活塞直径为19mm。组别/内径第一组第二组D2（mm）14.5,16,17.5,19，20.5，(20.64),22，(22.22),(23.81),24，(25.4),26，(26.99),28，(28.58)30.32，35，38，42，46注：括号中的尺寸尽量不采用表5—2内径尺寸系列[17]制动主缸工作容积为：一般的：=(0.8～1.2),取=，则:（3）踏板力制动踏板力用下式计算式中：为踏板机构的传动比，=4～7，取=5.制动主缸活塞直径d=19mm总管路中油压=10MPa制动踏板机构及制动主缸的机械效率=0.85～0.95，取=0.90则=629.74N踏板力一般不超过500N～700N，故符合标准。（4）制动踏板工作行程制动踏板工作行程为：=（sm+m1+m2）式中：——踏板机构的传动比。=4～7，取=5——主缸中推杆与活塞的间隙。一般取1.5mm～2mm；——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。——主缸活塞行程。=(0.8～1.2),取=主缸推杆与活塞间隙=2mm，主缸活塞空行程=2mm。则：=5×(19+2+2)=115mm不大于150～200mm，符合标准。6制动性能分析汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，成为汽车的制动性。6.1制动性的评价指标汽车的制动性主要由下列三方面来评价：制动效能。制动效能的恒定性。制动时汽车的方向稳定性。6.1.1制动效能制动效能是指汽车在平整路面上行驶时，突然踩刹车，汽车以固定的初始速度将汽车从行驶到停止的制动距离或者汽车在刹车时的减速度。这个评价指标是汽车制动性能最基本的。制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好。6.1.2制动效能的恒定性制动效能的恒定性就是指抗热衰退性能，在汽车行驶速度很快或者在下一个很长的坡道需要不断踩刹车时制动效能能保持的程度称为抗热衰退性能。因为踩刹车这个过程其实是把车辆行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以刹车温度是不是可以保持在温度较低状态时的制动效能，这个已经是人们在设计制动器时要考虑的一个重要问题。6.1.3制动时汽车方向的稳定性制动时汽车的方向稳定性是指在司机在踩刹车过程中汽车按司机预定道路行驶的能力,也就是使汽车保持直线行驶或者按预定道路行驶的能力。标准是:指定测试通道的宽度（如车宽1.5倍或3.5米）,在汽车制动试验中，车辆离开通道没有不可控制的影响,那么这辆汽车就是制动时方向稳定性合格的。如果刹车时汽车发生偏离道路、侧滑或者失去转弯能力，则汽车将偏离原本行驶的道路。制动跑偏是指刹车时汽车自动向左或向右行驶的状况，制动侧滑是指刹车时汽车的其中一轴或两轴发生水平方向运动的现象。最危险的情况是在汽车速度很快的时候踩刹车发生后轴侧滑，这个时候车辆会发生没有规律的快速回转运动而失去控制。跑偏与侧滑是有联系的，有些时候跑偏严重就会造成后轮侧滑，容易出现滑车的情况更有甚会使汽车翻车。制动时汽车跑偏的原因有两个：1）车辆由方向盘控制的左边车轮和右边车轮的制动器的制动力不一致。2）刹车时悬架导杆系与转向杆在运动学中的不协调（相互干涉）。其中，第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左或向右跑偏，要根据具体情况而定；而第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向右跑偏或者总是向左跑偏。6.2制动距离验算根据文献[16]，汽车的实验条件应符合表6.2.1表6.2V80%Vmax≤160km/hS≤0.1v+0.0067v2dm≥5.76m/s2F65~500N注1：V为规定的试验车速。注2：S位制动距离。注3：dm为充分发出的平均减速度注4：F为脚制动力注5：Vmax为最高车速制动距离S：式中为克服制动间隙所需的时间，一般情况取，为制动力增长过程所需的时间，取=0.3s，试验车速V=80%180=144km/h=40m/s，的取值与汽车制动器结构有关，如果汽车的前轮和后轮一起抱死，，为同步附着系数，=0.692，因此可以求。即：0.1v+0.0067v2=0.1×40+0.0067×402=14.72m，因此制动距离符合要求

7校核与技术要求7.1制动器热容量和温升的核算要计算制动器的热容量还有温升是不是满足以下条件：（6-1）（6-2）（6-3）式中：——满载汽车总质量——汽车制动时的初速度，可取——汽车制动器制动力分配系数，见（4-13）。因274740≥269100符合要求，故制动器的热容量与升温符合要求。7.2制动器技术要求7.2.1制动盘的技术要求1、制动盘表面不得粘有油脂及其它污物，表面应清洁、无锈蚀、毛刺碰伤、裂纹及其它有害缺陷。2、制动盘500次循环后无穿透裂纹，制动盘工作面加工痕迹非连续粗糙度Ra≤1.6μ，轮毂安装面的粗糙度Ra≤3.2μ。3、制动盘耐腐蚀性：涂层厚度大于20μm，涂层附着力≤1级，盐雾试验后满足：漆层不脱落、不起泡，中性盐雾试验144h后，划线处单边锈蚀蔓延不超过2mm。4、在装配时，零部件齐全，位置正确，无错漏装，放气螺钉与减震臂在同侧。转动制动盘，无卡滞、异响。5、制动盘材料：HT250。7.2.2制动钳技术要求1、制动钳密封性：①新品时，在不小于300Pa真空保压15s条件下，5s真空度下降≤60Pa；②低压密封性：新品时，在稳定的0.01MPa液压下，经历24小时后，各部位不得泄露；③高压密封性：在13.72MPa液压保持2min后测5s内的压降，压力降≤0.2MPa。2、制动钳填充性：制动钳总成安装在转向节总成上，应符合下列要求①真空保持性：在50Pa真空时保持40s，真空度下降≤50Pa，功能应正常；②填充性：在100Pa真空下，以0.5MPa液压加注制动液后，功能应正常；③残留液量：油管接头部位向下保持5分钟后，无残留制动液滴下。3、制动钳所需液量：前卡钳应满足1MPa时不大于0.7ml，3MPa时不大于1.1ml，5MPa时不大于1.4ml，7MPa时不大于1.7ml。4、解除制动方向的滑动阻力应小于58.8N，每一个制动块总成的滑动阻力应小于39.2N，制动钳耐破坏强度不小于35MPa。5、制动钳耐腐蚀性：三价铬镀锌工艺，12个循环后启动液压：1MPaMAX，其功能正常，同时，中性盐雾试验120h无白锈，240h后无红绣，镀层厚度≥10μm，附着力：镀层不脱落、不起泡。6、制动钳毛坯材料：QT550-6。7.2.3前轮轮毂总成技术要求1、前轮轮毂材料：铸铝