1、某轿车盘式制动器设计与分析大学论文 某轿车盘式制动器设计与分析摘要汽车主动安全系统是汽车制动系统的一个重要部分，制动传动性能直接影响其安全的汽车。盘式制动器作为鼓式制动器的替代良好的热稳定性、外向和其他好处,但制动盘本身也有一些问题与鼓式制动器不同，盘式制动器,虽然有一定程度的改善,但还没有完全解决,如热、刹车噪声衰减。本文开始澄清和发展状况,然后制动盘的设计背景、性质和特点。知识和方法,通过构造原理和设计汽车盘式制动器和盘式制动计算深入研究。他描述了不同类型的盘式制动器、盘式制动性能分析、性能和摩擦冲突性。关键词：盘式制动器 设计 性能分析 Disc brake and analysis o
2、f a carAbstract Automobile brake system security system is the most important measures of braking system Enforcer speech affected directly. Vehivle As security instead of the drum brake and disc brake with gentle fine thermal stability of feedback and so on. But it also has some disadvantages, they
3、wont be completely solved, such as thermal disappear and brake noise, this paper shows the development initial period in view of the disc brake, design, quality and mission in the background. Through in-depth research and design of disc brake practice mainly for structure design and selection for br
4、ake calculation cars better learn and master the structure of the disc brake principle and related knowledge and the methods. Performance and brake disc Introduce form. Based on the analysis of disc brake and behavior. Reuben liningKey words:Disk performance analysis, design,目 录摘要 1Abstract 21 绪论 41
5、.1 制动系的功能 41.2 车轮制动器 51.2.1车轮制动器的分类 52 制动器方案的选择 92.1方案选择的依据 92.2方案的选定 92.2.1制动器选择 92.2.2 盘式制动器的分类 102.3行车制动器的标准和法规 113制动器的设计计算 123.1 设计参数 123.2 盘式制动器的主要元件 123.2.1制动盘 123.2.2 制动钳 133.2.3制动块 133.2.4摩擦材料 133.2.5制动器间隙 144 制动器的分析 144.1 制动效能 144.1.1 同步附着系数的选取 144.1.2确定前后轴制动力矩分配系数 164.1.3制动器效能因数 164.2 制动效能
6、的恒定性 164.2.1制动器制动力矩的计算 174.3 制动时的方向稳定性 174.3.1应急制动和驻车制动所需的制动力矩 174.3.2制动时汽车的方向稳定性的要求 184.3.3制动减速度的要求 184.3.4制动距离的要求 184.3.5对汽车性能的要求 194.3.6行车制动至少有两套独立的驱动器的管路 194.3.7防止水和污泥进入制动器工作表面 194.3.8制动系统性能要求 205 校核 215.1 比能量耗散率 215.2 比滑磨功 215.3 制动器的热容量和温升的核算 225.4 制动器的调试 225.4.1 制动盘的技术要求 226制动器主要零件的结构设计 236.1制
7、动钳 236.2制动块 236.4制动衬快 246.5盘式制动器工作间隙的调整 24致 谢 25参考文献 27 1 绪论1.1 制动系的功能汽车制动系统是指为了保证汽车能够在道路上安全行驶，从而提高汽车的平均速度的系统，而在汽车上安装制动装置专门的制动机构汽车上用以使外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，通过一系列的制动手段确保在一定程度上达到了汽车的制动性统称为专门装置的制动系统。汽车的制动系统包括两大独立装置，汽车的制动装置和手动停车制动装置就是这两大系统。驾驶员通过脚操纵的行车制动装置称为脚制动装置。驾驶员通过手操纵的停车制动装置称为手制动装置。驻车制动器被安全地停
8、放在水平地面上并且没有时间限制的使汽车在斜坡上，它可以帮助驾驶者在道路坡度上更好启动。使用驻车制动器装置一般是一个机械驱动机构，以避免使用液压或气动驱动器故障。以上功能是汽车制动系统应具备的。这些功能是通过设置在汽车上的一套专门的装置来实现的。制动控制机构和执行机构是他们的两部分组成的。通过由供能装置、操纵机构、传动机构、制动器、调节制动力装置、制动防抱装置、报警装置和压力保护装置等组成。1.2 车轮制动器1.2.1车轮制动器的分类 制动来驱动车辆停止运动或运动往往迫使机构产生的制动系统。车轮的制动器是行车制动的重要组成部分。目前，各种车辆用车轮制动器可分为滚筒和盘的两个主要类别。在旋转元件前
9、者摩擦制动鼓，其工作表面是圆柱形的;旋转，这是在拼接件的前侧圆柱形制动盘。您的旋转部件固定地安装在车轮或车轴上的车轮的制动转矩的两侧作用在制动上直接每个。1.2.2优点：盘式制动器（1）较高的可靠性，制动器多组并联进行工作；（2）可调性较好的制动力矩；（3）制动时具有较高的灵敏度；（4）体积小、质量轻；（5）维护安装更方便；（6）具有较强的通用性，更加便于快速实现自动化。 图1-1 鼓式制动器示意图图1-2 盘式制动器示意图1.3 国内外发展现状 盘式制动器和鼓式制动器是汽车制动器的不同的形式。而盘式制动器相对于鼓式制动器来说更被广泛使用。为了提高轿车的制动效能而增加了制动增力系统，使用成本相
10、对提高，因此一些廉价低端车还在使用前盘后鼓式的模式。汽车进行制动时实际上是一个热能转换，它将汽车行驶过程中产生的动能变换为热能。高速行驶的汽车如果经常使用制动系统的制动器的话，将会因摩擦产生大量的热能，使制动器温度快速上升，如果不较快的为制动器散热降温，它的效率将大打折扣，进而影响制动器的制动性能，出现制动热衰退。在国外的早期强调摩擦特性的研究中，试图增加作为使用寿命的用户和制动性能要求的盘式制动器，在基础理论和应用研究也是加深，作为摩擦机构的分析，制动噪声的研究，本理论来改善和优化盘式制动器的结构提供了基础，应侧重于研究和开发，除了现代汽车四轮驱动，提高了制动器的制动作用，防止灰尘和腐蚀，减
11、轻重量，简化结构为了降低成本，电子报警与智能系统，发展的实用性与轿车使用寿命。摩擦机理的研究：摩擦的本质是机械运动转化成分子运动和机械能转换成相对应热能的过程中实质是热量和机械能的守恒定律。对象的实际表面，例如粗糙表面，两个粗糙表面在彼此以摩擦状态千接触考虑接触的实际区域的接触面的一小部分。该法是从表面凹凸的磨损的接触表面部加载。产生摩擦时的两个固定的相对运动，只在接触点直接通过摩擦加热。马保吉其他研究表明，摩擦的机构直接确定了摩擦热的产生机理。在制动过程中的摩擦制动盘制动垫握开始进入制动系统管路压力，从而使该板界面之间的摩擦产生。如果忽略材料易被磨损，它可以作为一个制动器制动能量被吸收所有被
12、转化成热量。到当分析副场制动，能够提出摩擦热通量边界条件界面，一个合理的假设的表面温度的目标本研究的摩擦机构。制动过程中，主要由两部分组成，产生摩擦热： 断裂和热粘结和接触面的塑性变形是产生摩擦表面凹凸接触界面周围的物质的一部分，另一种是摩擦材料的降解在一定温度下的热所产生的热量。摩擦的第一部分，界面粘合性和摩擦断裂，塑性变形和界面的形成影响到界面第三体接触面大的塑性变形。研究表明，在地下材料的消耗比能量的接触表面消耗时，大部分的摩擦热的能量大得多，并且大多数被转换成热能。在温度树脂基复合摩擦材料的化学反应下发生分解，降解产物包括固体，液体和气体。在大气中，热分解过程是放热过程，因此成为发热摩
13、擦制动器的一部分。因此，该摩擦制动摩擦热产生的主要边界层而不是在接触表面上，所述温度场分析应该是摩擦热作为热源的量，而不是作为具有一定厚度从在接触表面上的接触，而某些传热阻力接触界面的存在是热的界面的表面热输入表面的摩擦材料基质的热性能特性。1.4如何获得更好的汽车制动系统：（1）汽车通过制动系统使汽车速度能够下降到一定数值或者迫使汽车停车；（2）汽车能够在正常行驶时保持平稳的速度;（3）汽车能够停驻原地;制动系应满足的要求:（4）能够达到国家规定的或国际上规定的标准;（5）良好的行车制动效能;（6）工作可靠;（7）汽车的热稳定性较好的制动效能;（8）汽车的水稳定性较好的制动效能;（9）汽车制
14、动时能够保持良好的操控性;（10）脚制动和手制动的位置和制动性应满足人机工程学;（11）制动时的滞后时间要短;（12）汽车制动时噪声和振动应该避免;（13）在汽车进行制动时不会与悬架、转向装置等运动干涉，也不会产生自行制动的效果;（14）能够全天侯24小时进行制动使用;（15）汽车制动器的使用材料在控制成本的基础上应该尽量使用环保材料，减少有害物质在大气中的排放，同时更有效的提升制动效果。1.5 课题任务 通过调查得知现代制动器的原理、设计流程、机械制造发展的趋势，与现代制动技术的发展的现状来说，通过模仿其他车型及参数确定制动刹车形式的结构和组成。主要包括：汽车前后制动器的制动形式，前后制动器
15、的制动力分配情况，同步附着系数，其中连接系数制动设计和制动计算参数和驱动机构的计算的影响，根据最终确定的计算和设计汽车盘式制动器设计的结果。 2 制动器方案的选择 2.1方案选择的依据 选定制动系统方案，制动系统架构参考于已有汽车，最重要的结构参数和制动性能的刹车已经初步选定。并且必须满足制动系统的制动器上，提出研究的要求必须考虑到研究课题对制动器的影响，制动系统的性能能够满足，还应考虑到客户及市场是否需求、生产发展水平是否被限制以及成本的因素是否考虑到。2.2方案的选定2.2.1制动器选择汽车的制动器是用来减慢的机构或停止机器运转的装置。有时也用于调节或者限制移动机构或机器速度。它是保证机构
16、或机器正常安全工作的重要部件。制动器类型的选择应考虑以下几点：（1）起重机机械进行水平运行时，来能够准确泊车是通过控制动转矩的大小来实现的，多采用常开式制动器。（2）制动器需要经常使用，有高度安全性要求的机构，必须使用双重制动器进行制动。（3）对于制动器安装场所有要求的，如果安装制动器的场地具有较大空间时，您可以选择复杂的制动器，但安装空间有限，一般使用内带式外蹄式或盘式制动器。（4）对于运行机构的制动器来说，应该在电动机的轴端进行安装。原因是车体质量大车身惯性大，高速轴在制动时能够起到一部分缓冲作用，使制动时的冲击得到减缓。盘式制动器和鼓式制动器中，具有如下优点的比较： （1)热稳定性较好。
17、制动盘的摩擦增力作用较小，拥有较小的摩擦衬块，制动面积仅占制动盘面积的713，较好的散热性。 （2)水稳定性较好。进行制动时容易将水挤出，因为制动衬块对制动盘的单位压力较高，同时通过离心力也可将水快速甩干，摩擦衬块对制动盘也起到了擦拭作用，进水后能够快速的恢复正常使用；相比于鼓式制动器来说需要多次制动恢复正常使用。 （3制动稳定性好。制动扭矩和制动缸活塞和推力的线性关系，加上对自己的增力作用没有影响，因此，制动转矩的适度增加时减速度比鼓式制动器好展览，他们表现出更高的制动力稳定性。（4)汽车的前进行驶和后退行驶与制动力矩无关。 （5)盘式制动器的质量和尺寸在输出同样大小的制动力矩的条件下比鼓式
18、要小。 （6)盘式的摩擦衬块在受到磨损后更加易更换，摩擦衬块的结构也较简单，使得维修保养起来更加的容易方便。 （7)摩擦衬块与制动盘之间具有较小的间隙0.05mm到0.15mm，使操作油缸活塞的时间缩短。 （8)间隙自动调整装置的设计由于制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程缩短的损失而得到简化。（9)系统有较好的可靠性和安全性是由于多回路制动驱动系统的构成，保证了汽车车轮平稳的行驶。 (10)更换摩擦衬块由于方便地实现制动器磨损报警变得更加方便 ，。 盘式制动器容易受到尘污和锈蚀是它的主要缺点(不包括封闭的多片全盘式制动器)；在用驻车制动器时，驻车制动驱动机构相对来说较复杂，由
19、于这个原因一些汽车使用前轮盘式制动系统，后轮为鼓式的制动系统；由于没有自行增势的作用，制动器的制动效能很差，中型轿车需要加力装置进行制动。 2.2.2 盘式制动器的分类点盘式：由于只有一小部分在制动盘的摩擦表面上，叫做点盘式。固定卡钳卡钳两种。要通过径向力和弯矩没有制动轴，显示盘式制动缸应成对布置。制动力矩大，可能更多的是制动缸的。如果必要的话，在打开空气通道的中间，以减少摩擦的温度，应采取隔热措施，以防止液压油温度的恶化。全盘式： 这种紧凑的刹车结构，高摩擦面积。盘式制动器分为固定和浮动夹具钳型两种两个固定夹紧汽缸的内侧的两侧和制动盘的外排列形成一个较大的空间，需要在车轮。但是，对于小型车和
20、轿车，狭小的空间内安装轮艰苦的盘式制动钳的夹紧确定，并已开发出浮动钳盘式制动器。这是盘式制动缸的仅内侧，两侧的刹车片，使它们是小的，用适当的布置在车辆中。 图21 浮钳盘式制动器 图22 定钳盘式制动器2.3行车制动器的标准和法规制动效能是驱动刹车开始以一定的速度或最大制动踏力制动减速和制动距离来评价两个指标，它是必不可少的制动性能的评价。下表显示了在欧洲和这两个指标的规定，美国的相关标准或规章。表23制动距离和制动稳定性要求 综合国外标准和技术法规，被认为是：制动性能测试期间减速，车子应该是5.87米/秒2（制动初速度v= 80公里/小时），车应该是4.45.5米/秒2（制动初速度表1）。相
21、应的最大制动距离ST：汽车像ST =0.1 V + V2/150;面包车+ V2 /115，其中第一反应距离，第二个是如ST =0.15 V时，制动距离为ST部米; v单位公里/小时。对于j的减速一般要求是不小于0.6克（5.88米/ S2），在下列条件下：轿车制动初速度5080公里/小时，比400 N，客车（9下）踏板力轻型商用车的制动初速度50至80公里（3.5吨以内总重量）/ h时，踏板力不超过500 N，其他机动车制动初速度3060公里/小时，踏板力不超过700 N.但事实上，踏板力值小于规则时，操控性要考虑到相比同类车辆较轻的操作性。3制动器的设计计算3.1 设计参数原来的参数参照于
22、某些小型车的设计。整车质量： 空载：1110kg 满载：1560kg质心位置：a=L1=1.2m b=L2=1.25m质心高度： 空载：hg=0.8m 满载：hg=0.7m轴 距：L=2.450m轮 距：轮距1.44/1.43m（前/后）最高车速：185km/h轮毂尺寸：14轮 胎：185/65 R143.2 盘式制动器的主要元件3.2.1制动盘 制动盘制动器，一个金属盘与制造并连接到车轮HT250转动缓慢制动或停止的角色扮演。当车辆制动卡钳夹住。随着圆盘转动，其使命是减轻重量和摩擦。各种各样的制动盘，他们的特点是薄壁，而在盘的中心是由砂芯形成。不同类型的盘片，有在车轮直径，板厚和两个间隙大小
23、，节点的厚度和高度的差异而有所不同。工作制动盘的表面应光滑，应严格控制生产端跳动，平行于表面的两侧不应该大于0.008毫米，如若板的表面是不大于0.1毫米，制动盘的表面粗糙度比应该不大于0.06毫米。在轮胎尺寸195/60R14的选择下。标准轮辋直径D =356毫米。制动盘直径D应尽可能取大些，在这种情况下，制动盘的有效半径增加时，制动钳，压力和温度降低单元的夹紧力可以减小。轮辋直径，以限制制动盘的直径通常被选择为使得轮辋直径的70-79。选取制动盘直径： 前制动盘D=75%Dr=0.75*356=267mm 轮辋直径d=356mm通常，为固体制动盘厚度10-20毫米的采取，盘片通风厚度可取2
24、0-50毫米，这更多是20毫米-30毫米的选择。大量选择的是前制动盘厚度h=14毫米3.2.2 制动钳 由QT400-18 KTH370-12锻铁或球墨铸铁制成的制动钳，它也使用一种轻金属，可以是合金材料的的，但也通过螺栓连接做成两半。外缘开着这样你就不会因为检查或更换卡而将钳刹车片取出。卡尺应该高强度和刚度。在一个制动缸夹持体被处理时，同时也生产燃料罐上安装分别嵌入在终端主体中。为了降低与制动流体的热量传递，杯形活塞的上开口端被切断靠在台阶式活塞的开口端的一部分的衬里运载板，以形成在同一平面上的两个相对较小的半圆形环形端面。活塞由铝合金制成的。为了提高活塞铬的工作表面的耐磨损性。卡钳体用球墨
25、铸铁的设计，制成一体的活塞筒，以减少接触面积。3.2.3制动块刹车片和背面衬块，直接压装在一起。更多个扇形垫有长方形，正方形或长方形。活塞应该能够抑制尽可能多的制动块区域，以避免在垫辊角的发生引起的尖叫声。制动衬承载板由钢制成。统计数据显示厚度，7.5毫米16毫米轻型汽车摩擦块。许多盘式刹车片磨损报警装置，配备最多的时候及时更换新的制动衬片的限制，我们可以选择风扇摩擦衬片的厚度为10毫米。3.2.4摩擦材料摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦制动及传动部件的材料函数执行。它包括制动器衬片（刹车片）和离合器衬片（离合器片）。刹车片刹车，离合器变速器。任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动
26、或传动装置。摩擦材料是制动或传输的一个重要成员。其主要功能是吸收，或通过摩擦传递能量。联接块发送功率，刹车片吸收的动能。他们让各种机械和机动车辆的安全可靠。使摩擦材料是一种常见的和非常关键的材料。良好的耐磨损性，低吸水性，高抗压强度和动态摩擦材料，高而稳定的摩擦系数，制动热输出，在当温度上升到一定值时的耐冲击性的摩擦系数不突然急剧下降;它不应该产生的噪音和难闻的气味制动时，应尽量使用污染较少的相对无害的摩擦材料。所有类型的摩擦材料的摩擦系数稳定在约0.3至0.5，少数可达0.7。设计计算制动盘的通常为0.30.5。如果摩擦材料的选择一般要摩擦材料高系数耐磨性差。初选时摩擦系数选择为f=0.36
27、3.2.5制动器间隙一般将盘式制动器确定为0.10.3mm之间，可以有一个自由转动的制动盘。初选制动器间隙为0.2mm。4 制动器的分析4.1 制动效能4.1.1 同步附着系数的选取 对于一般汽车而言，根据其前，后轴制动器制动力的分配。载荷情况以及道路附着系数和坡度等原因，下面三种是制动器制动力充足时可能出现的情况：（1）前轮抱死后后轮抱死。（2）后轮抱死后前轮抱死。（3）前，后两轮同时抱死。原因：（1）是一种稳定的状态，但在制动的损失时车辆转向能力，附着力不充分的利用条件，（2），发生后轴侧滑是不稳定的条件下，粘合力利用率低是要避免的情况（3）后轴侧滑时，前后轮在最大能力上限制汽车失去转向能
28、力，最大限制的控制了汽车的操纵性，相比前两个条件，更好地利用附着条件 因此，前和后制动力分配，稳定性和附着系数影响着汽车制动器，该车辆制动系统的程度是需要正确处理的设计问题。（1）当I线与线相交时，前后轮同时抱死。（2）当I线在线下方时，前轮先抱死。（3）当I线在线上方时，后轮先抱死。从这个图中，可以看到理性的参数和制动力分配系数。 3-6 某载货汽车I曲线与曲线 前、后轴车轮在任何附着系数的路面上，附着力同时被充分利用的条件是： （3-1）式中：制动器制动力，前轮N，；制动器制动力，后轮N，；地面的制动力，前轴N； 地面的制动力，后轴N；，法向反力，地面对前、后轴车轮的作用力为，N； G汽车
29、重力，N；，前、后轴的汽车质心距离,mm； 质心高度，mm。根据(3-1)得，前、后车轮的制动力，是的函数由前、后车轮同时抱死得到的。带入(3-2)中除去，得： (3-2)简化得 (3-3)式中：L轴距汽车质心距前轴距离汽车质心距后轴距离附着系数现在，很多车为一个固定值的比功率的制动系统，因为传统的前制动力，总制动力不够显示分配比率为已知的制动力分配系数，用表示，即： (3-4)式中：汽车制动器总制动力所以 (3-5) 若用表示为通过原点的直线，可以得到： (3-6) 这条线的实际制动力分配曲线叫做曲线。带入所有已知参数（），有由于车轻汽车刹车片的设计应该跟现代汽车相匹配，先进的高速路要求的行
30、驶状态同步系数选配更大，在此，选取，根据公式得所以由 (3-7) (3-8）与 (3-9)由（）与（）前后刹车制动的路面摩擦系数在线上任一一点，我觉得线线交叉点B，然后同步粘着系数=0.7。它是由汽车结构参数确定是一个参数反应车辆的制动性能。摩擦制动器的路面系数，如果前后车轮同时抱死那么同步附着系数的路面上才能制动。4.1.2确定前后轴制动力矩分配系数前后轴制动力矩分配系数的确定常用前制动器制动力与汽车总制动力之比来表明分配的比例，因此制动器制动力分配系数，可以表示，即： 式中，：前制动力；：后制动力；：制动器总之动力。根据同步附着系数得到分配系数： (3-10)得：（）4.1.3制动器效能因数制动器在单位输入压力或力的作用下，得到的制动器效能因数所输出的力或力矩，相对盘式制动器来说，其效能因数为。制动衬快是加强系
