中型轎車的盤式制動器的設(shè)計(jì)

PAGEPAGEIV中型轎車的盤式制動器的設(shè)計(jì)摘要盤式制動器是汽車制動系統(tǒng)中的重要組成部件。隨著科學(xué)的發(fā)展以及人們生活的需要，盤式制動器因?yàn)槠鋬?yōu)良的制動性能，也越來越多的被用于汽車上。因此設(shè)計(jì)一個性能穩(wěn)定同時安全可靠地盤式制動器很重要，并且通過盤式制動器設(shè)計(jì)計(jì)算，有助于初步掌握汽車新產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)了汽車零部件的設(shè)計(jì)能力，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，具有十分重要的意義。本說明書主要介紹了中型轎車盤式制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先介紹了汽車制動系統(tǒng)的研究背景、意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；然后介紹了關(guān)于制動器和盤式制動器的相關(guān)概述，進(jìn)一步分析了制動器形式的選擇，并確定了制動器的設(shè)計(jì)參數(shù)。在設(shè)計(jì)計(jì)算部分，選擇了幾個結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算了制動系的主要參數(shù)，盤式制動器相關(guān)零件以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：盤式制動器；參數(shù)；制動盤

ABSTRACTDiscbrakeisanimportantpartofautomobilebrakesystem.Withthedevelopmentofscienceandtheneedofpeople'slife,thediscbrakebecauseofitsgoodbrakingperformance,alsomoreandmoreusedinthecar.Sotodesignastableperformanceandsafeandreliablediscbrakesareveryimportant,andthroughthediscbrakedesignandcalculation,helppreliminarymasterautomobilenewproductdevelopmentanddesign,themethodofcultivatingthedesigncapacityofautoparts,improvethecomprehensiveabilitytouseknowledgetosolvepracticalproblems,hastheveryvitalsignificance.Thismanualmainlyintroducesthemedium-sizedcardiscbrakesystemdesign,firstintroducedtheautomobilebrakingsystemtheresearchbackground,significanceandresearchstatusathomeandabroad;Andthenintroducedtherelatedoverviewaboutbrakeanddiscbrake,thechoiceoftheformoffurtheranalysisofthebrake,anddeterminethedesignparametersofthebrake.Indesigncalculationsection,chooseseveralstructuralparameters,calculatingthemainparametersofbrakesystemandbrakediscrelatedpartsandthecalculationinthedesignofdrivingmechanism.Keywords:discbrake;Parameters;Brakedisc

目錄摘要 I第一章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 11.3.2國外研究現(xiàn)狀 2第二章相關(guān)概述 52.1制動器 52.2盤式制動器 52.3盤式制動器的工作原理 6第三章制動器形式的選擇 73.1鉗盤式制動器 83.2全盤式制動器 83.1.1固定鉗式 93.1.2浮動鉗式 9第四章盤式制動器主要參數(shù)的確定 114.1制動盤直徑 114.2制動盤的厚度 114.3摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑 114.4制動襯塊工作面積 12第五章盤式制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算 135.1同步附著系數(shù)的確定 135.2制動力分配系數(shù)的確定 135.3前，后輪制動器制動力矩的確定 135.4利用附著系數(shù)和制動效率 155.5制動器制動性能核算 165.6襯塊磨損特性的計(jì)算 165.7制動器的熱容量和溫升的核算 18第六章制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 206.1制動盤 206.2制動鉗 206.3制動塊 206.4摩擦材料 216.5制動器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 21第七章制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 237.1制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的形式 237.2液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 237.2.1制動輪缸直徑與工作容積 237.2.2制動主缸直徑與工作容積 247.2.3制動踏板力 257.2.4踏板工作行程 25結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 27致謝 29PAGE24第一章緒論1.1研究背景盤式制動器是汽車的關(guān)鍵部件之一,根據(jù)未來汽車的發(fā)展方向，盤式制動器的發(fā)展方向是輕量化,這不能用一個簡單的重量來衡量,必須與盤式制動器的尺寸和功能設(shè)計(jì)相結(jié)合。盤式制動器的輕量化通常用于三個目的。第一個是盤式制動器的功能滿足需求,盤式制動器的輕量化是在減少自身重量的基礎(chǔ)上維持原來的功能相同,達(dá)到一種減肥瘦身效果;其次是目前的盤式制動器仍不能滿足汽車的需要,輕量級的設(shè)計(jì)是促進(jìn)完美的功能和維護(hù)相同的質(zhì)量,如改善摩擦性能,改善其剛度、強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,最后一點(diǎn)是盤式制動器輕量級設(shè)計(jì)是提高性能,同時降低其重量。輕量級盤式制動器的設(shè)計(jì)實(shí)際上是質(zhì)量減少,功能完善,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,合理價格的統(tǒng)一。1.2研究意義隨著我國汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是轎車工業(yè)的發(fā)展,合資企業(yè)的引進(jìn)，國外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采應(yīng)用盤式制動器配置才逐步在我國形成規(guī)模。特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性，滿足人們不斷提高的生活物質(zhì)需求、改善生活環(huán)境等方面都發(fā)揮了很大的作用。設(shè)計(jì)一個性能穩(wěn)定同時安全可靠地盤式制動器很重要，并且通過盤式制動器設(shè)計(jì)計(jì)算，有助于初步掌握汽車新產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)了汽車零部件的設(shè)計(jì)能力，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，具有十分重要的意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國盤式制動器市場需求增長速度發(fā)展非?？?。與其他汽車強(qiáng)國相比，中國輕型汽車部件研究起步較晚,仍有許多重要的常見技術(shù)問題尚未解決。目前,國內(nèi)汽車零部件輕量化材料研究和應(yīng)用快速發(fā)展汽車鋁合金、鎂合金和高性能鋼板已被應(yīng)用于汽車。如奇瑞艾瑞澤7采用全鋁合金材料制作發(fā)動機(jī)。上個世紀(jì)80年代,重慶汽車研究所進(jìn)行了雙相鋼研究;一汽、奇瑞汽車也展開了高強(qiáng)度鋼在汽車上的使用。在汽車的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之中,中國已經(jīng)完全拋開依賴于過去的方式，開始使用體驗(yàn)設(shè)計(jì)CAD/CAE優(yōu)化靜態(tài)和動態(tài)強(qiáng)度分析設(shè)計(jì)方法。此外,國內(nèi)也有很多自主研發(fā)的成果，比如說北京航空航天大學(xué)開發(fā)的CAD系統(tǒng)CAXA，擁有一個輕量級技術(shù)模塊,使用有限元法和優(yōu)化方法的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少部分的質(zhì)量。王曉奇，陳文敏將多目標(biāo)優(yōu)化方法運(yùn)用到汽車盤式制動器設(shè)計(jì)中去。他們發(fā)現(xiàn)可以通過機(jī)械零件三維模型的加工直觀的再現(xiàn)復(fù)雜的加工效果可幫助設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)新。曲杰，蘇海賦等人對浮鉗式盤式制動器進(jìn)行了受力分析，通過建模對她的工作狀態(tài)下的應(yīng)力情況進(jìn)行了求解，發(fā)現(xiàn)鉗體和支架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與材料的性能要求是完全滿足的。王奎洋，唐金花等人利用ANSYS軟件建立其有限元模型，分析了盤式制動器制動時的穩(wěn)定性。在得出振頻數(shù)據(jù)之后再研究對該盤式制動器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大的零件和參數(shù)對其制動穩(wěn)定性的交叉影響。結(jié)果表明,盤式制動器可以通過改變鉗體和制動盤的厚度來改善其穩(wěn)定程度。呂輝，于德介利用CAD/CAE軟件建立了某盤式制動器的有限元模型，在保證其功能正常的前提之下對其進(jìn)行輕量化的設(shè)計(jì)。在經(jīng)過了四次嘗試之后，該盤式制動器的重量減少了14.386%，而且還優(yōu)化了其偏磨能力。2007年，“汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”成立，由中國汽車工程學(xué)會和一汽、二汽奇瑞等12家汽車和冶金企業(yè)、高校及科研院組成，主要是為了形成官、產(chǎn)、學(xué)、研、用的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈模式，從而更進(jìn)一步研究我國輕量化技術(shù)。1.3.2國外研究現(xiàn)狀有許多文獻(xiàn)關(guān)注于盤式制動器的結(jié)構(gòu)分析,但研究結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化的卻不是很多,前者將重點(diǎn)放在熱應(yīng)力分析、模態(tài)分析和制動噪聲分析等。此外,盤式制動器與非線性問題聯(lián)系緊密,所以外國學(xué)者在非線性理論研究上面花了很大的功夫,因此,非線性有限元理論的實(shí)際應(yīng)用相對廣泛。首先，在彈塑性力學(xué)方面，R.Hooke在1678年提出了固體材料的彈性變形和它所受外力成正比，即胡克定律。19世紀(jì)20年代，A.L.Cauchy,J.C.B.SaintVenant和C.L.M.H.Navie:等人提出了應(yīng)變、應(yīng)變分量以及應(yīng)力和應(yīng)力分量的概念，建立了彈性變形體的幾何變形方程、變形協(xié)調(diào)方程、平衡微分方程以及廣義的胡克定律，創(chuàng)立了數(shù)學(xué)彈性理論。C.A.Corlomb提出剪應(yīng)力理論，從而開始了對固體材料的塑性研究。H.Tresca于1864年提出最大剪應(yīng)力屈服條件，首次將最大剪應(yīng)力理論應(yīng)用到金屬塑性變形的研究。SaintVenant和M.Levy在一百年前打下了塑性力學(xué)的基礎(chǔ)。Levy在1871年將塑性應(yīng)力應(yīng)變研究由二維的研究擴(kuò)充為三維。M.T.Houber,R.Vonmises,L.Prandtl分別提出固體材料的形狀改變比能理論，應(yīng)變能的屈服條件以及塑性力學(xué)的增量理論。其次，在有限元軟件應(yīng)用方面，1969年，Pedro創(chuàng)立了一家公司，其第一個非線性商業(yè)性質(zhì)的有限元程序MARC進(jìn)入市場。1972年，Hibbitt創(chuàng)建HKS，從而使ABAQUS商業(yè)軟件進(jìn)入市場。美國Altair公司于1989年發(fā)布HyperMesh軟件，并很快在汽車業(yè)內(nèi)得到廣泛認(rèn)可。1994年，Altair推出了OptiStruct模塊，并在當(dāng)年獲得《工業(yè)周刊》（IndustryWeek）年度技術(shù)獎。在汽車輕量化的研究方面，汽車的輕量化來源于國外賽車運(yùn)動對于賽車車身重量的限制，然而直到1973年起世界石油危機(jī)的全面爆發(fā)，汽車的輕量化設(shè)計(jì)才引起人們的重視。汽車車身質(zhì)量下降了，汽車的零部件也要相應(yīng)的質(zhì)量下降，這方面的技術(shù)正在快速發(fā)展之中，表現(xiàn)為：（1）鋁合金、欽合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、粉末冶金、復(fù)合材料、塑料及陶瓷等輕質(zhì)材料的使用的比例增加。（2）汽車零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及模塊化設(shè)計(jì)水平的不斷提高。輕量化研究對于汽車工業(yè)的發(fā)展具有很重要的作用，基本上全世界的汽車制造商都在思考如何進(jìn)行汽車輕量化，這是未來的發(fā)展趨勢。綜上所述，研究盤式制動器的輕量化設(shè)計(jì)非常有必要。第二章相關(guān)概述2.1制動器汽車制動系統(tǒng)是用來減緩或停止車輛移動,使車輛下坡的速度穩(wěn)定,允許汽車在一個地方(包括斜坡)不動的一種機(jī)制。車輛制動系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響到車輛的安全性和停車的可靠性。高速公路的快速發(fā)展和交通密度的持續(xù)增大，為了確保安全駕駛和停車可靠,汽車制動系統(tǒng)的可靠性越來越重要。制動器的組成任何一套制動裝置均由制動器和制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩部分組成。制動器有鼓式與盤式之分。行車制動是用腳踩下制動踏板操縱車輪制動器來制動全部車輪；而駐車制動則多采用手制動桿操縱，且利用專設(shè)的中央制動器或利用車輪制動器進(jìn)行制動。利用車輪制動器時，絕大部分駐車制動器用來制動兩個后輪，有些前輪驅(qū)動的車輛裝有前輪駐車制動器。中央制動器位于變速器之后的傳動系中，用于制動變速器的第二軸或傳動軸。行車制動和駐車制動這兩套制動裝置，必須具有獨(dú)立的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，而且每車必備。行車制動裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時還應(yīng)有制動主缸、制動輪缸以及管路；用氣壓操縱時還應(yīng)有空氣壓縮機(jī)、氣路管道、儲氣罐、控制閥和制動器室。2.2盤式制動器盤式制動器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件是以端面工作的金屬圓盤，稱為制動盤。摩擦元件從兩側(cè)夾緊制動盤而產(chǎn)生制動。固定元件則有多種結(jié)構(gòu)形式，大體上可將盤式制動器分為鉗盤式和全盤式兩類。盤式制動器有液壓型的，由液壓控制，主要零部件有制動盤、分泵、制動鉗、油管等。盤式制動器散熱快、重量輕、構(gòu)造簡單、調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，很多轎車采用的盤式制動器有平面式制動盤、打孔式制動盤以及劃線式制動盤，其中劃線式制動盤的制動效果和通風(fēng)散熱能力均比較好。盤式制動器沿制動盤向施力，制動軸不受彎矩，徑向尺寸小。圖2.1盤式制動器2.3盤式制動器的工作原理制動時，油液被壓入內(nèi)、外兩輪缸中、其活塞在液壓作用下將兩制動塊壓緊制動盤，產(chǎn)生摩擦力矩而制動。此時，輪缸槽中的矩形橡膠密封圈的刃邊在活塞摩擦力的作用下產(chǎn)生微量的彈性變形。放松制動時，活塞和制動塊依靠密封圈的彈力和彈簧的彈力回位。由于矩形密封圈刃邊變形量很微小，在不制動時，摩擦片與盤之間的間隙每邊只有0.1mm左右，它足以保證制動的解除。又因制動盤受熱膨脹時，其厚度只有微量的變化，故不會發(fā)生“托滯”現(xiàn)象。矩形橡膠密封圈除起密封作用外，同時還起到活塞回位和自動調(diào)整間隙的作用。如果制動塊的摩擦片與盤的間隙磨損加大，制動時密封圈變形達(dá)到極限后，活塞仍可繼續(xù)移動，直到摩擦片壓緊制動盤為止。解除制動后，矩形橡膠密封圈將活塞推回的距離同磨損之前相同，仍保持標(biāo)準(zhǔn)值。第三章制動器形式的選擇摩擦式、液力式和電磁式是制動器的主要的三種形式。電磁制動的效果雖然有很強(qiáng)的滯后性,易于連接和聯(lián)合，可靠性也很好,但由于成本高,只有一部分的車型會用，比如說質(zhì)量較大的商用車；液力式制動器一般只作緩速器。摩擦式制動器是目前最常用的。摩擦式制動器包括三種類型，分別是鼓式，盤式和帶式。帶式制動器只做中央制動器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式則多種多樣，如圖3.1所示：圖3.1制動器的各種結(jié)構(gòu)形式盤式制動器的制動盤有兩個主要部分：輪轂和制動表面。輪轂是安裝車輪的部位，內(nèi)裝有軸承。制動表面是制動盤兩側(cè)的加工表面。它為制動摩擦塊提供摩擦接觸面。整個制動盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動盤裝車輪的一側(cè)稱為外側(cè)，另一側(cè)朝向車輪中心，稱為內(nèi)側(cè)。制動盤制動表面的大小由盤的直徑?jīng)Q定。大型車需要較多制動功能，它的制動直徑達(dá)12in或者更大些。較小較輕的車車用較小的制動盤。通常，制造商在保持有效的制動性能的情況下，盡可能將零件做的小些，輕些。按輪轂結(jié)構(gòu)分類，制動盤有兩種常用型式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結(jié)構(gòu)中，輪轂與制動盤的其余部分鑄成單體件。另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個獨(dú)立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車論凸耳螺栓通過輪轂，再通過制動盤轂法蘭配裝。這種型式制動盤稱為無轂制動盤。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是制動盤便宜些。制動面磨損超過加工極限時能很容易更換。制動盤可能是整體式的或者通風(fēng)的。通風(fēng)的制動盤在兩個制動表面之間鑄有冷卻葉片。這種結(jié)構(gòu)使制動盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動時，盤內(nèi)扇形葉片的旋轉(zhuǎn)增加了空氣循環(huán)，有效的冷卻制動。盤式制動器可以快速冷卻,重量輕,結(jié)構(gòu)簡單,容易調(diào)整，這都是它的優(yōu)點(diǎn)。特別是當(dāng)負(fù)載性能高時,制動效果是穩(wěn)定的,在冬季和惡劣的駕駛條件之下,盤式制動器更容易在短時間內(nèi)停止汽車，這比起鼓式制動器是很快的。雖然盤式制動器的制動盤與空氣接觸的面積很大，但很多時候其散熱效果還是不能讓人滿意，于是有的制動盤上又被開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱以提高制動效率，這就是通風(fēng)盤式制動器。一般來說，尺寸大的制動盤要比尺寸小的制動盤散熱效率高，而通風(fēng)盤則要比實(shí)體盤的散熱效率高。四輪轎車在制動過程中，一般前輪的制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用。因此，一般情況下，汽車前輪制動盤的尺寸要比后輪大，且前輪多采用通風(fēng)盤，后輪多采用實(shí)體盤或通風(fēng)盤。盤式制動器有兩類，分別是鉗盤式制動器和全盤式制動器。3.1鉗盤式制動器制動塊是鉗盤式制動器的摩擦元件，制動器裝在制動鉗里面，而制動鉗雖然與車軸相連，但是不能夠繞著車軸旋轉(zhuǎn)。制動襯塊在制動盤上面占的面積大概是中心角的30到50度，面積是很小的，所以它又被稱為點(diǎn)盤式制動器。3.2全盤式制動器全盤式制動器之中，摩擦固定元件和旋轉(zhuǎn)都是圓盤形的，分別叫做固定盤和旋轉(zhuǎn)盤。全盤式制動器是完全封閉的，所以很難散熱。因此，有些國家正在研制一種強(qiáng)制液冷多片全盤式制動器。這種制動器完全封閉，內(nèi)腔充滿冷卻油液。冷卻在制動器內(nèi)受熱升溫后，被液壓泵吸出，而后被壓送入發(fā)動機(jī)水冷系中的熱交換器，在此受發(fā)動機(jī)冷卻水的冷卻后再流回制動器。鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)不同，分為以下幾種。3.1.1固定鉗式制動鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而其中必須在制動盤兩側(cè)裝設(shè)制動塊促動裝置，以便分別將兩側(cè)的制動塊壓向制動盤。這種形式也成為對置活塞式或浮動活塞式。固定鉗式制動器存在著以下缺點(diǎn)：（1）液壓缸較多，使制動鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）制動盤的兩側(cè)是液壓缸，兩個液壓缸的連通需要鉗內(nèi)油道或外部油管。因此制動鉗的尺寸增大，現(xiàn)代化轎車之中的空間是不足的。（3）熱負(fù)荷大時，鉗內(nèi)油道或外部油管很容易受熱汽化。（4）加裝一個機(jī)械促動的駐車制動鉗在駐車制動的使用之中是必須的。固定鉗式制動器的這些缺點(diǎn)決定了它與現(xiàn)代汽車是不適應(yīng)的，所以漸漸地在70年代后被浮鉗盤式制動器所取代。3.1.2浮動鉗式（1）滑動鉗式制動鉗是相對于制動盤軸向滑動的。制動盤的內(nèi)側(cè)才有液壓缸，鉗體上面是外側(cè)的制動塊。在制動過程中，活塞的作用下液壓制動,制動盤的反作用力推動制動器的制動盤和制動塊向著另一邊,直到制動塊受到同樣的力量為止。（2）擺動鉗式它也是一個單側(cè)液壓缸,制動鉗體和鉸鏈支架固定在軸上面。實(shí)現(xiàn)制動鉗,但不是滑動的而是與制動盤在垂直平面上擺動。顯然,制動塊不能完全受到均勻磨損。因此,有必要使用楔形襯塊。在使用的過程之中，襯塊漸漸被磨損，到了各個地方殘存厚度均勻的時候就要及時更換了。浮鉗盤式制動器的制動鉗一般設(shè)計(jì)得可以相對制動盤轉(zhuǎn)向滑動。其中，只在組、制動盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置液壓缸，而外側(cè)的制動塊則附加裝在鉗體上。浮動鉗式制動器的優(yōu)點(diǎn)有：（1）僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進(jìn)一步靠近輪轂；（2）沒有跨越制動噢案的油道或油管，加之液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；（3）成本低；（4）浮動鉗的制動塊可兼用于駐車制動。與鼓式制動器相比，盤式制動器有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）熱穩(wěn)定性好。原因是一般無自行增力作用。襯塊的摩擦表面壓力分布相對均勻。此外,制動鼓在熱膨脹之后,工作半徑增加,唯一的接觸就是蹄中部,從而降低了制動效率,這就是所謂的機(jī)械衰退。制動盤的最小軸向擴(kuò)張,徑向擴(kuò)張和機(jī)械制動盤的基本性能是沒有關(guān)聯(lián)的。因此,使用前輪盤式制動器,制動不容易出現(xiàn)偏差。（2）水穩(wěn)定性好。在制動塊對盤的單位壓力高的時候，水容易被擠出來，所以說即便是進(jìn)水了效能并沒有降低多少；再加上離心力和襯塊對盤的擦?xí)r作用，即便是出水了，一兩次制動就可以使其恢復(fù)正常。但是鼓式制動器則需要十幾次才能夠恢復(fù)正常。（3）制動力矩與汽車運(yùn)動方向沒有關(guān)聯(lián)。（4）雙回路制動系易形成，系統(tǒng)可靠性和安全性有保證。（5）尺寸、質(zhì)量小，散熱有效。（6）制動襯塊上的壓力是均勻的，因此襯塊上磨損也是均勻的。（7）更換制動塊很容易。（8）襯塊與制動盤之間的間隙是0.05~0.15mm，有利于縮短制動協(xié)調(diào)時間。（9）間隙自動調(diào)整易實(shí)現(xiàn)。盤式制動器的主要缺點(diǎn)：（1）完全防塵和銹蝕實(shí)現(xiàn)的可能性小。（2）手驅(qū)動機(jī)構(gòu)在兼作駐車制動器時要求很高。（3）助力器在制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)中是必須的。（4）襯塊工作面積小，磨損快，壽命低對材質(zhì)要求很高。因此，從結(jié)構(gòu)，散熱，技術(shù)，成本等多方面考慮，決定采用浮鉗盤式制動器。第四章盤式制動器主要參數(shù)的確定4.1制動盤直徑制動盤直徑應(yīng)盡可能取大些。這時制動盤的有效半徑得到增加，可以見效制動鉗的加緊力，降低襯塊單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%-79%?？傎|(zhì)量大于2t的汽車取上限。輪輞直徑為15英寸，又因?yàn)?1540kg，前制動盤=75%=0.75*15*25.4=285.75mm.取286mm；后制動盤=70%=0.7*15*25.4=266.7mm.取267mm。4.2制動盤的厚度制動盤的質(zhì)量和工作時的溫升也受到了制動盤厚度的影響。質(zhì)量要小一些的話厚度就要小一些，而溫升要小一些的話厚度就不能太小。制動盤可以做成是實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)需要在制動盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動盤厚度可取為10—20mm，通風(fēng)制動盤厚度可取20—50mm，采用較多的是20mm—30mm。選取前實(shí)心制動盤厚度為=16mm；后實(shí)心制動盤厚度為=12mm。4.3摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5是比較理想的狀態(tài)。若比值偏大的話，磨損不均勻，接觸面積也會減少，因此會導(dǎo)致制動力矩變化很大。取前制動器摩擦襯塊外半徑=142mm，內(nèi)半徑=96m；后制動器摩擦襯塊外半徑=128mm，內(nèi)半徑=90mm。對于常見的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大，取R為平均半徑或有效半徑已足夠精確。前制動器摩擦襯塊平均半徑：=119mm；后制動器摩擦襯塊平均半徑：=109mm.4.4制動襯塊工作面積在確定盤式制動器襯塊工作面積時，根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量，推薦在1.6-3.5kg/范圍內(nèi)選用。汽車滿載質(zhì)量為1540kg，滿載時前軸載荷為=806kg,后軸載荷為=733kg.單個前制動器總的襯塊摩擦面積：（4.1）單個后制動器總的襯塊摩擦面積：（4.2）得到：57.57cm<cm；52.36cmcm；最后取=100cm；cm.第五章盤式制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1同步附著系數(shù)的確定QUOTE根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù)和應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車：0.65～0.80；輕型客車、輕型貨車：0.55～0.70；大型客車及中重型貨車：0.45～0.65。取同步附著系數(shù)=制動力分配系數(shù)的確定此轎車前后制動器制動力為定比值。常用前制動器制動力與汽車總制動力之比來表明分配的比例，稱為制動器制動力分配系數(shù)，用β表示，即：（5.1）（5.2）式中，為前制動器制動力；QUOTE為后制動器制動力，QUOTE為后制動器總制動力。由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配系數(shù)可由下式得到：5.3前，后輪制動器制動力矩的確定為了保證汽車有良好的制動效能，要求合理地確定前，后輪制動器的制動力矩。先計(jì)算出前，后制動力矩的比值：（5.3）式中：,——汽車質(zhì)心離前、后軸距離，mm;——同步附著系數(shù)；——汽車質(zhì)心高度，mm。制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即：式中——前軸制動器的制動力，N；——后軸制動器的制動力，N；——作用于前軸車輪上的地面法向反力，N；——作用于后軸車輪上的地面法向反力，N；——車輪有效半徑，mm。有些汽車因?yàn)榻?jīng)常在條件比較差的道路上行駛，車速比較低所以選取了較小的同步附著系數(shù)值，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動到后軸和前軸先后抱死滑移（此時制動強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動器所能產(chǎn)生的最大制動力力矩為：（5.4）（5.5）為了保證在的良好路面上能制動到后軸車輪和前、后車輪先后抱死滑移，相應(yīng)的極限制動強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸的最大制動力矩為：（5.6）（5.7）式中——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；q——制動強(qiáng)度；——車輪有效半徑，m。因?yàn)樗x取的車型為乘用轎車，所遇道路路面較好，同步附著系數(shù)也較高。所以采取公式（3—17）和（3—18）計(jì)算制動器在路面附著系數(shù)為0.7時的后軸和前軸最大制動力矩：后軸：=（5.8）==1176.09（N.m）.前軸：=2223.01（N.m）.（5.9）式中：——該車所能遇到的最大附著系數(shù)，=0.7；q——制動強(qiáng)度；——車輪有效半徑，=0.318m。一個車輪制動器應(yīng)有的最大制動力矩為按上公式計(jì)算所得結(jié)果的半值。5.4利用附著系數(shù)和制動效率路面附著系數(shù)，制動器制動力分配系數(shù)=0.654，同步附著系數(shù)=0.68。因?yàn)?gt;=0.68，故后軸先抱死拖滑。則后軸的利用附著系數(shù)：=故=（5.10）后軸抱死的制動效率：==由可得車輪不抱死條件下能達(dá)到的最大制動減速度：0.6945.5制動器制動性能核算根據(jù)GB7258轎車制動器制動性要求取制動初速度=50Km/h,路面附著系數(shù)為=0.7。滿載：制動距離=（5.11）式中：—轎車制動系統(tǒng)協(xié)調(diào)時間—減速度增長時間—最大制動減速度將上述值代入公式（3—23）得：=16.8m<[]=19m所以滿足要求。5.6襯塊磨損特性的計(jì)算摩擦襯塊的磨損受溫度，摩擦力，滑磨速度，制動盤的材質(zhì)及加工景況，以及襯塊本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計(jì)算磨損特性極為困難。但試驗(yàn)表明，影響磨損的最重要因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。從能量的觀點(diǎn)來說，汽車制動過程即是將汽車的機(jī)械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強(qiáng)度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔(dān)了汽車全部動能耗散的任務(wù)。而制動的時間是很短的，因此在很短的時間內(nèi)是無法散出熱量的，所以制動器溫度會升高，這就是所謂的制動器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴(yán)重。對于盤式制動器的襯塊，其單位面積上的能量負(fù)荷比鼓式制動器襯片大許多，所以制動盤表面溫度比制動鼓的高。各種汽車的總質(zhì)量及其制動襯片（襯塊）的摩擦面積各不相同，所以需要一種相對的數(shù)量來評價能量負(fù)荷。目前，各國常用的指標(biāo)是比能量耗散率，即單位時間內(nèi)襯片（襯塊）單位面積耗散的能量，通常所用的計(jì)算單位為W/mm2。比能量耗散率有時也稱為單位功負(fù)荷，或簡稱能量負(fù)荷。雙軸汽車的單個前輪及后輪制動器的比能量耗散率分別為（5.12）（5.13）（5.14）式中，為汽車總質(zhì)量；為汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；為制動初速度和終速度（m/s）；j為制動減速度（m/s2）；t為制動時間（s）；為前，后制動器襯片（襯塊）的摩擦面積（mm2）；為制動力分配系數(shù)。在緊急制動到停車的情況下，v2=0，并可認(rèn)為=1，故（5.15）乘用車的盤式制動器在和的條件下，比能量耗散率應(yīng)不大于6.0W/mm2?！び?jì)算前輪襯塊的摩擦特性：=27.8/6=4.63（s）<6.0W/mm2.（5.16）計(jì)算后輪襯塊的摩擦特性：<6.0W/mm2.（5.17）另一個磨損特性指標(biāo)是

襯片（襯塊）單位摩擦面積的制動器摩擦力，稱為比摩擦力。比摩擦力越大，則磨損越嚴(yán)重。單個車輪制動器的比摩擦力為（5.18）式中，為單個制動器的制動力矩；為制動鼓半徑（襯塊平均半徑或有效半徑）；為單個制動器的襯片（襯塊）摩擦面積。帶入?yún)?shù)計(jì)算的：=0.334N/mm2=0.299N/mm25.7制動器的熱容量和溫升的核算應(yīng)核算制動器的熱容量和溫升是否滿足如下條件：（5.19）式中，——制動盤的總質(zhì)量；——與制動盤相連的受熱金屬件（如輪轂、輪輻、輪輞、制動鉗體等）的總質(zhì)量；——制動盤材料的比熱容，對鑄鐵c=482J／（kg·K），對鋁合金c=880J／（kg·K）；——與制動盤相連的受熱金屬件的比熱容； ——制動盤的溫升（一次由=30km／h到完全停車的強(qiáng)烈制動，溫升不應(yīng)超過15℃）；L1——滿載汽車制動時由動能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動過程迅速，可以認(rèn)為制動產(chǎn)生的熱能全部為前后制動器所吸收，并按前后軸的制動力的分配比率分配給前后制動器，即（5.20）（5.21）式中：——滿載汽車總質(zhì)量；——汽車制動時的初速度，可??；——汽車制動器制動力分配系數(shù)。以=30km/h（8.33m/s），取滿載時的值=0.68來計(jì)算，=15℃，則=1540×8.33×8.33×0.68/2=36332J（5.22）==2×3.14×7.8×22.8=11232g（5.23）（——鑄鐵、鋼的密度，7.8g/mm）由=11.232×482×15=81211J>可知，制動器的熱容量符合溫升核算的要求。第六章制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1制動盤制動盤一般用珠光體灰鑄鐵HT250制成，其結(jié)構(gòu)形式有平板形（用于全盤式制動器）和禮帽形（用于鉗盤式制動器）兩種。后一種的圓柱部分長度取決于布置尺寸。為了改善冷卻條件，有的盤式制動器的制動盤鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可以大大增加散熱面積，但盤的整體厚度加大。制動盤的表面應(yīng)光滑平整。兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.05mm，盤面擺差不應(yīng)大于0.1mm，制動盤表面粗糙度不應(yīng)大于0.7-1.3。6.2制動鉗制動鉗由可鍛鑄鐵KTH370-12或球墨鑄鐵QT400-18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接的。其外緣留有開口，以便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。制動鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。一般多在鉗體中加工出制動油缸，也有將單獨(dú)制造的油缸裝嵌入鉗體中的。為了減少傳給制動液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠制動塊的背板。有的將活塞開口端部切成階梯狀。形成兩個相對且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面?；钊设T鋁合金制成或由鋼制成。為了提高其耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。當(dāng)制動鉗體由鋁合金制成時，減少傳給制動液的熱量則成為必須解決的問題。為此，應(yīng)減少活塞與制動塊背板的接觸面積，有時也可采用非金屬活塞。6.3制動塊制動器由背板和摩擦襯塊構(gòu)成,兩者直接或通過鉚接或粘合在一起。襯塊一般是扇形，但是也有矩形,正方形或長方形?；钊麘?yīng)該能夠?qū)⒅苿訅K的面積盡可能壓住以避免壓力,避免襯塊發(fā)生卷曲現(xiàn)象從而發(fā)出尖銳的聲音。制動塊背板由鋼板制成。制動的時候會產(chǎn)生熱量，這熱量會引起制動液化或者是制動噪音，為了避免這一現(xiàn)象或者是減弱這一現(xiàn)象，可以采用在摩擦襯塊與背板之間噴一層隔熱減震墊的方式。當(dāng)單位壓力和工作溫度比較高的時候，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。因此許多盤式制動器會裝上報警裝置，及時更換摩擦襯塊，以免發(fā)生意外。6.4摩擦材料制動摩擦材料的摩擦系數(shù)一定要高而且穩(wěn)定，熱衰退性能好,不應(yīng)在溫度、摩擦系數(shù)處于一定值的時候突然下降,材料應(yīng)耐磨耗,有低吸水率、制動壓力、拉伸、剪切、彎曲和抗沖擊性,制動應(yīng)該沒有噪音,沒有氣味,應(yīng)該使用的是無污染和對人體無害的摩擦材料。當(dāng)前，在制動器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。無石棉摩擦材料是由多種金屬、有機(jī)或無機(jī)材料粉末、纖維作為增強(qiáng)材料,而非石棉,它的制作方法和其他材料和制造方法成型的摩擦材料是大致相同的。如果金屬纖維(鋼纖維)和粉末的含量在40%或更多,它被稱為半金屬摩擦材料,這種材料在美國,歐洲國家廣泛應(yīng)用于盤式制動器，制動摩擦材料已經(jīng)成為主流。各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為，少數(shù)可達(dá)0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動器時一般取。就可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際。6.5制動器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)在沒有制動的情況下，制動盤和摩擦襯塊之間是存在工作間隙的，這是因?yàn)橐沟弥苿颖P獲得自由轉(zhuǎn)動的空間，一般而言這個間隙是：（單側(cè)）。這一間隙會導(dǎo)致?lián)p失踏板或手柄的行程,所以應(yīng)該盡可能設(shè)計(jì)小的差距?？紤]摩擦制動過程中可能會產(chǎn)生熱變形和機(jī)械變形,因此,應(yīng)在設(shè)置冷卻制動間隙的條件下,通過測試來確定。另外，由于摩擦襯塊會受到磨損，所以間隙是需要調(diào)整的，但是這一點(diǎn)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，所以在這里不多做解釋。鉗盤式制動器不僅制動器間隙很小,而且制動盤的軸向間隙擴(kuò)張幾乎沒有影響,所以通常使用一種自動間隙調(diào)整裝置的校準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)最簡單的是在汽缸和活塞之間裝一個既可以起復(fù)位又可以自動調(diào)節(jié)間隙的橡膠密封圈，密封圈的邊緣在活塞環(huán)的摩擦作用下產(chǎn)生相應(yīng)的變形，這個變形量就是設(shè)定的極限間隙。當(dāng)襯塊磨損造成的活塞行程的增加，密封圈無法再繼續(xù)變形的時候，活塞可以克服摩擦力在流體壓力的作用下繼續(xù)前進(jìn),實(shí)現(xiàn)制動?；钊芊猸h(huán)之間的不可逆轉(zhuǎn)的相對位移補(bǔ)償來消除多余的制動間隙。在活塞的彈性力的作用下,密封環(huán)的變形,直到它消失，然后摩擦塊和制動盤之間的間隙就恢復(fù)到了原本設(shè)定的狀態(tài)。第七章制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算7.1制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的形式制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生制動力矩的來源是驅(qū)動程序或其他力量。根據(jù)不同來源，制動驅(qū)動機(jī)制可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三類。駕駛員應(yīng)用一個簡單的制動踏板力或制動力作為處理就是簡單制動,也被稱為人力制動。其中,有機(jī)械和液壓兩種類型。機(jī)械式的傳力方式完全是桿系傳力，由于其機(jī)械效率低,傳動比小,潤滑點(diǎn)多，很難確保正確的比例系統(tǒng)以及左、右輪驅(qū)動平衡,因此已經(jīng)被淘汰了。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠,也被廣泛應(yīng)用于小型汽車停車制動裝置。行車制動裝置之中常常使用液壓式簡單制動，其有以下優(yōu)點(diǎn)：作用滯后時間為0.1-0.3s，時間很短；工作壓力高達(dá)10-20MPa，壓力很高。由于以上所說的兩個優(yōu)點(diǎn)，液壓式制動裝置輪缸尺寸不大，可以放在制動器的內(nèi)部，不占用很多空間，而且結(jié)構(gòu)簡單，效率較高。但是液壓式制動裝置也有缺點(diǎn)：由于是液壓式的，所以在過度受熱的情況下一些制動就會呈現(xiàn)液化狀態(tài)，產(chǎn)生的氣泡影響液壓傳輸，使得效率大大降低。這一制定裝置一般運(yùn)用在乘用車和一些質(zhì)量不大的車型之中。發(fā)動機(jī)的動力制動功率成為氣動或液壓性能的潛力，以形成一個全功率制動器。該驅(qū)動程序?qū)⒘κ┘拥教ぐ寤蚴直?，只用于控制元件電路。因此，簡單的制動踏板力與踏板行程關(guān)系之間的是反比的。在動力制動之中是不存在的情況，這樣的話使踏板力變小，踏板行程又是適當(dāng)?shù)摹?.2液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.2.1制動輪缸直徑與工作容積制動輪缸對制動塊施加的張力與輪缸直徑和制動管路壓力的關(guān)系為（7.1）制動管路壓力一般不超過10-12MPa，對盤式制動器可更高。壓力越高，對管路的密封性要求越嚴(yán)格，但驅(qū)動機(jī)構(gòu)越緊湊。輪缸直徑應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)GB7524—84規(guī)定的尺寸系列中選取，這里根據(jù)最大制動力矩取前制動器輪缸直徑=34mm，后制動器輪缸直徑=28mm。單個輪缸的工作容積：（mm）（7.2）式中，——一個輪缸活塞的直徑，=34mm；=28mm；n——輪缸的活塞數(shù)目，n=1；——一個輪缸活塞在完全制動時的行程：?？扇?mm；——消除制動塊與制動盤間的間隙所需的輪缸活塞行程，mm；——因摩擦襯塊變形而引起的輪缸活塞行程，mm。將上述值代入公式（4—9）得到：前制動器單個輪缸工作容積=907.92mm；后制動器單個輪缸工作容積=615.75mm全部輪缸的總工作容積：=2*（907.92+615.75）=3047.34mm（7.3）式中——輪缸數(shù)目。7.2.2制動主缸直徑與工作容積 （7.4）式中，——制動軟管在液壓下變形而引起的容積增量。在設(shè)計(jì)的初步階段，因?yàn)檐浌苡锌赡茏冃?，所以在?jì)算轎車制動主缸的容積時可以用，式子里面的V代表著全部輪缸的總工作容積。主缸活塞直徑和活塞行程可由下式確定：=1.1*3047.34=3352.07mm（7.5）一般活塞行程=（0.8～1.2）；取=根據(jù)上述公式和參數(shù)計(jì)算所得==16.22mm.主缸的直徑應(yīng)符合系列尺寸，主缸直徑的系列尺寸為：14.5，16，17.5，19，20.5，22.22，28，32，35，38，40，45mm。所以最后取主缸直徑為=17.5mm7.2.3制動踏板力（7.6）取踏板機(jī)構(gòu)傳動比=5；踏板機(jī)構(gòu)及液壓主缸的機(jī)械效率0.9.求得=305.43.制動踏板力應(yīng)滿足以下要求：最大踏板力一般為500N（乘用車）或700N（商用車）。設(shè)計(jì)時，制動踏板力可在200~350N的范圍內(nèi)選取.故滿足要求。7.2.4踏板工作行程=(+)=5*（17.5+2+1.5）=90mm（7.7）式中：—主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5mm—2mm，取=2mm；—主缸活塞空行程，一般取1.5mm。求得=105mm，小于150mm，符合要求。結(jié)論本設(shè)計(jì)主要思考了關(guān)于制動器結(jié)構(gòu)形式選擇、主要參數(shù)選擇、相關(guān)參數(shù)計(jì)算，其中以參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算過程和零件設(shè)計(jì)為重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)前期，我就合理安排自己的時間，搜集大量與制動器設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，了解了制動器的發(fā)展?fàn)顩r，不斷與同學(xué)，老師溝通交流遇到的種種問題。以下是設(shè)計(jì)過程中所獲得的結(jié)論和感悟：（1）對于盤式制動器設(shè)計(jì)而言，制動力分配系數(shù)和同步附著系數(shù)是最重要