1、2.3.2 浮动钳式盘式制动器92.3.3 全盘式制动器9第3章 制动器的设计计算113.1 设计要求113.2 整车参数113.3 受力分析113.4 同步附着系数的确定及计算143.5 制动力、制动强度、附着系数利用率的计算173.5.1满载时的情况173.5.2 空载的情况183.6 制动器最大制动力矩的计算203.7 主要零部件的结构设计213.7.1制动盘213.7.2制动块223.7.3制动钳233.7.4密封圈243.8 制动器因数及制动距离的计算263.8.1制动器因数的计算263.8.2制动器距离的计算263.9 校核计算273.9.1 摩擦衬块的磨损特性计算273.9.3
2、盘式制动器制动力矩的校核293.10 驻车制动计算323.11 计算结果33总结34参考文献36附录A37第1章 绪论1.1 制动系的功能汽车制动系是用于使行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车下短坡时保持的适当稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于
3、汽车在坡路上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动，以免其产生故障。汽车制动系统应具备以上的功能。这些功能是设置在汽车上的一套专门的装置来实现的。这些装置是由制动控制机构和执行机构来组成的。也就是由供能装置、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 制动器是制动系中产生阻止车辆运动或运动趋向的力的机构。车轮制动器是行车制动系的重要部件。目前各类汽车所使用的车轮制动器可以分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件是制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件为圆柱状的制动盘，以端面为
4、工作表面。他们的旋转元件都固装在车轮或半轴上，制动力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器。1图1-1 鼓式制动器示意图 图1-2 盘式制动器示意图广西工学院2011届毕业设计说明书1.2.2车轮制动器的工作原理图1-3为车轮在良好的硬路面上制动时的受力情况1。图1-3 制动器车轮受力Tf是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩，单位是Nm；FB是地面制动力，单位为N; W为车轮垂直载荷、TP车轴对车轮的推力、FZ为地面对车轮的法向反作用力，它们的单位均为N。显然，从力矩平衡得到 FB=Tf/r （1-1）式中r为车轮的有效半径，m；Tf制动器制动力矩，Nm。地面制动力是使汽车制动而减
5、速行驶的外力，但是制动力只取决于制动蹄和制动鼓（制动钳与制动盘）间的摩擦力和轮胎与地面间的摩擦力。在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力，以符号Ff表示。它相当于把汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切向方向推动车轮直至它能转动所需的力，显然 Ff= FB=Tf/r （1-2）当驾驶员松开制动踏板时，在回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓（制动钳与制动盘）的间隙又得以恢复，从而解除制动。可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力。产生及控制制动力的装置称为制动系。现代汽车的制动装置都是利用机械摩擦来产生制动作用的。1.3 制动系的要求汽车制动系应满足以下要求：（1） 应能适应有
6、关标准和法规的规定。（2） 具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。（3） 工作可靠。（4） 制动效能的热稳定性要好。（5） 制动效能的水稳定性要好。（6） 制动时的汽车操纵稳定性要好。（7） 制动踏板和手柄的位置和行程要符合人-机工程学的要求。（8） 作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定的制动效能水平所需的时间和从放开踏板至完全解除制动的时间。（9） 制动时不应产生振动和噪声。（10） 制动系的机件应使用寿命长，造价低的材料，并且不能对人体有害。1.4 盘式制动器1.4.1盘式制动器的特点 盘式动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能
7、好，制动效果稳定，热稳定性、水稳定性好。 1.4.2盘式制动器的优点1）盘式制动器在液压的控制下制动力大且稳定，其制动效能远高于鼓式制动器。鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。盘式制动盘直接裸露在空气中，散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。随着材料科学的发展及成本的降低，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器。 2）在输出同样大小的制动力矩的条件下，盘式动器的质
8、量和外形尺寸要比鼓式制动器的小。 3）盘式的摩擦块比鼓式的摩擦衬片在摩损后更易更换，结构简单，维修保养容易。 4）制动盘与摩擦块的间隙小（0.050.15mm）2，这就缩短了活塞的操作时间，并使制驱动机构的力传动比有增大的可能。 5）制动盘的热膨胀不会像制动鼓膨胀那样引起制动踏板行程损失，这也使间隙自动调整装置结构设计得于简化。同时在制动盘上铸有加强筋，以提高制动盘的强度和铸造的工艺性能。另在制动盘上开了许多小孔，加速通风散热、提高制动效率。 6）易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性和安全性。以保证汽车在任何车速下各车轮都不得能均匀一致地平稳制动。 7）能方便地实现制动器摩损报警，
9、以便于工作及时更换摩擦片。1.4.3国内外汽车盘式制动器发展状况 1）国外盘式制动器研发情况介绍 国外汽车研发机构经过多年的研究和试验，气压盘式制动器在所有的主要性能方面都优于传统的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用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）。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比在制动性能等方面的有明显的优势，主要表现在以下几个方面。 制动力和安全性：在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大。但盘式制动器在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。但在连续制动过程中，两种制动器
10、的差别很大。在长距离的坡路上驶下（如下山），盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全因数有着很大的差别。 结构和成本：盘式制动器系统包括盘、衬垫、缸和卡钳，其零件数少于鼓式制动器系统，同类车型相比其总成的总质量比鼓式制动器低18%。盘式制动器总成可以作为一个完整的部件送到车桥装配线，此部件即包括了盘式制动器的所有零件。这样就有一个特别的优越性，就是可以把所有机械功能预调好的、经过
11、试验的装置提供给用户，因而产品的责任有了明确规定。 维修保养：盘式制动器的整套操作机构密封在外壳中，经润滑以延长其寿命。所以盘式制动器几乎是无需维修的，维修主要是更换磨损零件，即衬垫和盘。而且，更换衬垫所需的时间也比更换鼓式制动器材套所需的时间少80%。这意味着不仅可以节省维修成本，还能大大缩短非运营时间。电子制动控制系统（EBS）：盘式制动器由于采用简单且相当成熟的操作机构，因而具有特别高的效率。其提供的制动灵敏性使EBS系统能够实现一些强而有效的控制作用，用以缩短制动距离，提高车辆的稳定性和磨损率。盘式制动器在响应方面的特性，表现在每个车轮制动相差很小，每个车轴的左右车轮之间的磨损分配均匀
12、。2）国内汽车盘式制动器应用情况 随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采应用盘式制动器配置才逐步在我国形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。 在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%3，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。采用前盘
13、后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。目前大部分轿车（中档类如夏利、吉利、神龙富康、上海华普、捷达）、微型车（长安之星、昌河、丰田海狮、天津华利、江铃全顺）、高端轻卡（东风小霸王、江铃、瑞风、南京依维柯）、SUV及皮卡（湖南长丰、江铃皮卡）等采用前盘后鼓式混合制动器。2004年我国共产此类车计110万辆以上。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，特别上国家安全法规的强制实施，前后轮都用盘式制动器是
14、趋势。3）未来汽车盘式制动器的研究应注重以下几个方面的问题：（1）提高制动效能、防止尘污和锈蚀；（2）减轻重量、简化结构、降低成本；（3）电子报警和智能化系统的发展；（4）实用性更强与寿命更长。 盘式制动器在汽车的应用上，一般是由于受车轮轮毂的外形尺寸限制,在小型车上大量使用的是液压盘式制动器,以配合整车的液压制动回路的匹配；随着汽车工业技术的发展,特别是重型汽车轿车化的配置要求，重型车使用气压盘式制动器已经十分普遍，欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成。第2章 方案论证2.1 制动器的主要类型制动器是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是
15、使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制架、制动件和操纵装置等组成。目前，广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式、盘式和带式三种。鼓式制动器分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两类。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，制动时，利用制动鼓的内圆柱面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩以阻止车轮转动。鼓式制动器
16、的带式制动器只用作中央制动器，这里不做考虑。 2.2 制动器的工作原理2.2.1鼓式制动器的工作原理典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。在轿车制动鼓上，一般只有一个轮缸，在制动时轮缸受到来自总泵液力后，轮缸两端活塞会同时顶向左右制
17、动蹄的蹄端，作用力相等。但由于车轮是旋转的，制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称，造成自行增力或自行减力的作用。因此，业内将自行增力的一侧制动蹄称为领蹄，自行减力的一侧制动蹄称为从蹄，领蹄的摩擦力矩是从蹄的22.5倍，两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也就不一样。 为了保持良好的制动效率，制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。随着摩擦衬片磨损，制动蹄与制动鼓之间的间隙增大，需要有一个调整间隙的机构。过去的鼓式制动器间隙需要人工调整，用塞尺调整间隙。现在轿车鼓式制动器都是采用自动调整方式，摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。当间隙增大时，制动蹄推出量超过一定范围时，调整间隙机构会将调整杆（棘爪）拉到与调
18、整齿下一个齿接合的位置，从而增加连杆的长度，使制动蹄位置位移，恢复正常间隙。2.2.2盘式制动器的工作原理盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动
19、比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。图2-1（1） 一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小， 即效能较稳定；（2） 浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；（3） 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样 使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；（4） 较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。（5） 对于钳盘式制动器而言，因为制动盘外露，还有散热良好的优点。方案初步选取：基于以上比较盘式制动器的优势，以及微型客车对制动器安全性要求较高，其效能稳定性要好，所以不能选择
20、效能稳定性较差的鼓式制动器，所以可以初步确定为盘式制动器2.3 盘式制动器方案比较2.3.1 固定钳式盘式制动器固定钳式盘式制动器如下图所示，其制动钳体固定在转向节（或桥壳）上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，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，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减少时，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种结构形式又称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。固定钳式盘式制动器的制动钳刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件。但由于需采用两个油缸并分置制动盘的两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油
21、道或外部油管来连通。这就使得制动器的径向和轴向尺寸都较大，因而在车轮中，特别是车轮轮距小的微型车的前轮中的布置比较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动产生的热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果。微型客车从结构和经济性上考虑都不适用固定钳式盘式制动器。近年来，由于汽车性能要求的提高，固定钳式固有的弱点使之不能完全适应这些要求，故不采纳固定钳式盘式制动器。活塞制动钳体制动块车桥进油口制动盘缺点：油缸多、结构复杂、制动钳尺寸大。油路中的制动液受制动盘加热易汽化。图2-2固定钳式盘式制动器2.3.2 浮动钳式盘式制动器浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮
22、动的。其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支撑销摆动。但它们的制动油缸都是单侧的，且与油缸同侧的制动块总成为活动的，而另一侧的制动总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成的受力均等为止。浮动钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可将制动器近一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车制动和驻车制动。由于浮动钳没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较
23、小，使冷却条件较好。另外单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低30 50，汽化的可能性较小。相比于固定钳式浮动钳式可将油缸和活塞等精密件减去一半，造价大为降低。浮钳盘式制动器示意图：1.制动盘 2.制动钳体 3.摩擦块 4.活塞 5.进油口 6.导向销 7.车桥图2-3 浮钳式制动器2.3.3 全盘式制动器全盘式制动器由固定摩擦圆盘和旋转圆盘组成。定圆盘通过导向平键或花键联接（见键联接、花键联接）于固定壳体内，而动圆盘用导向平键或花键装在制动轴上，并随轴一起旋转。当受到轴向力时,动、定圆盘相互压紧而制动。为增多盘数和在圆盘表面覆盖一层石棉等摩
24、擦材料可增大制动力矩。其工作原理如摩擦离合器，故又称离合器式制动器。这种制动器结构紧凑，摩擦面积大，制动力矩大，但散热条件差，结构较为复杂，造价成本高，故不予以采用。图2-4综上所述：选择方案三浮动盘式制动器最为理想。滑动钳式制动器由于它结构简单、紧凑、质量小和耐高温，它既满足了制动安全实用性也具有较低的生产成本，得到了广泛的应用，所以我考虑选用滑动钳式盘式制动器做为微型客车的制动器。第3章 制动器的设计计算3.1 设计要求采用盘式制动器。要求对制动力、制动力分配系数、制动器因数等进行计算。对制动器主要零件，如制动鼓、制动蹄、摩擦衬片（衬块）进行结构设计和设计计算。3.2 整车参数车型：微型客车基本参数：1）轴距：L=2350mm； 2）最高车速：Vmax=105 Km/h；3）汽车空载质量：ma =985Kg； 汽车满载总质量：ma =1620Kg； 4）空载时汽车的质心高度：hg =800mm； 满载时汽车的质心高度为
