PAGEPAGEIV中型轎車的盤式制動器的設計摘要盤式制動器是汽車制動系統中的重要組成部件。隨著科學的發展以及人們生活的需要，盤式制動器因為其優良的制動性能，也越來越多的被用于汽車上。因此設計一個性能穩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計計算，有助于初步掌握汽車新產品的開發與設計的方法，培養了汽車零部件的設計能力，提高了綜合運用所學知識解決實際問題的能力，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的設計，首先介紹了汽車制動系統的研究背景、意義以及國內外研究現狀；然后介紹了關于制動器和盤式制動器的相關概述，進一步分析了制動器形式的選擇，并確定了制動器的設計參數。在設計計算部分，選擇了幾個結構參數，計算了制動系的主要參數，盤式制動器相關零件以及驅動機構的設計計算。關鍵詞：盤式制動器；參數；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國內外研究現狀 11.3.1國內研究現狀 11.3.2國外研究現狀 2第二章相關概述 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半徑 114.4制動襯塊工作面積 12第五章盤式制動器的設計計算 135.1同步附著系數的確定 135.2制動力分配系數的確定 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構設計 206.1制動盤 206.2制動鉗 206.3制動塊 206.4摩擦材料 216.5制動器間隙的調整方法及相應機構 21第七章制動驅動機構的設計與計算 237.1制動驅動機構的形式 237.2液壓制動驅動機構的設計計算 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結論 26參考文獻 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鍵部件之一,根據未來汽車的發展方向，盤式制動器的發展方向是輕量化,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計相結合。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上維持原來的功能相同,達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,輕量級的設計是促進完美的功能和維護相同的質量,如改善摩擦性能,改善其剛度、強度和熱穩定性,最后一點是盤式制動器輕量級設計是提高性能,同時降低其重量。輕量級盤式制動器的設計實際上是質量減少,功能完善,結構優化,合理價格的統一。1.2研究意義隨著我國汽車工業技術的發展,特別是轎車工業的發展,合資企業的引進，國外先進技術的進入，汽車上采應用盤式制動器配置才逐步在我國形成規模。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需求、改善生活環境等方面都發揮了很大的作用。設計一個性能穩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計計算，有助于初步掌握汽車新產品的開發與設計的方法，培養了汽車零部件的設計能力，提高了綜合運用所學知識解決實際問題的能力，具有十分重要的意義。1.3國內外研究現狀1.3.1國內研究現狀我國盤式制動器市場需求增長速度發展非常快。與其他汽車強國相比，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問題尚未解決。目前,國內汽車零部件輕量化材料研究和應用快速發展汽車鋁合金、鎂合金和高性能鋼板已被應用于汽車。如奇瑞艾瑞澤7采用全鋁合金材料制作發動機。上個世紀80年代,重慶汽車研究所進行了雙相鋼研究;一汽、奇瑞汽車也展開了高強度鋼在汽車上的使用。在汽車的結構優化設計之中,中國已經完全拋開依賴于過去的方式，開始使用體驗設計CAD/CAE優化靜態和動態強度分析設計方法。此外,國內也有很多自主研發的成果，比如說北京航空航天大學開發的CAD系統CAXA，擁有一個輕量級技術模塊,使用有限元法和優化方法的結構分析和優化設計，減少部分的質量。王曉奇，陳文敏將多目標優化方法運用到汽車盤式制動器設計中去。他們發現可以通過機械零件三維模型的加工直觀的再現復雜的加工效果可幫助設計師發現問題和創新。曲杰，蘇海賦等人對浮鉗式盤式制動器進行了受力分析，通過建模對她的工作狀態下的應力情況進行了求解，發現鉗體和支架的設計強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定性。在得出振頻數據之后再研究對該盤式制動器結構穩定性影響較大的零件和參數對其制動穩定性的交叉影響。結果表明,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行輕量化的設計。在經過了四次嘗試之后，該盤式制動器的重量減少了14.386%，而且還優化了其偏磨能力。2007年，“汽車輕量化技術創新戰略聯盟”成立，由中國汽車工程學會和一汽、二汽奇瑞等12家汽車和冶金企業、高校及科研院組成，主要是為了形成官、產、學、研、用的創新產業鏈模式，從而更進一步研究我國輕量化技術。1.3.2國外研究現狀有許多文獻關注于盤式制動器的結構分析,但研究結構強度和輕量化的卻不是很多,前者將重點放在熱應力分析、模態分析和制動噪聲分析等。此外,盤式制動器與非線性問題聯系緊密,所以外國學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際應用相對廣泛。首先，在彈塑性力學方面，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20年代，A.L.Cauchy,J.C.B.SaintVenant和C.L.M.H.Navie:等人提出了應變、應變分量以及應力和應力分量的概念，建立了彈性變形體的幾何變形方程、變形協調方程、平衡微分方程以及廣義的胡克定律，創立了數學彈性理論。C.A.Corlomb提出剪應力理論，從而開始了對固體材料的塑性研究。H.Tresca于1864年提出最大剪應力屈服條件，首次將最大剪應力理論應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的基礎。Levy在1871年將塑性應力應變研究由二維的研究擴充為三維。M.T.Houber,R.Vonmises,L.Prandtl分別提出固體材料的形狀改變比能理論，應變能的屈服條件以及塑性力學的增量理論。其次，在有限元軟件應用方面，1969年，Pedro創立了一家公司，其第一個非線性商業性質的有限元程序MARC進入市場。1972年，Hibbitt創建HKS，從而使ABAQUS商業軟件進入市場。美國Altair公司于1989年發布HyperMesh軟件，并很快在汽車業內得到廣泛認可。1994年，Altair推出了OptiStruct模塊，并在當年獲得《工業周刊》（IndustryWeek）年度技術獎。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年起世界石油危機的全面爆發，汽車的輕量化設計才引起人們的重視。汽車車身質量下降了，汽車的零部件也要相應的質量下降，這方面的技術正在快速發展之中，表現為：（1）鋁合金、欽合金、鎂合金、高強度鋼、粉末冶金、復合材料、塑料及陶瓷等輕質材料的使用的比例增加。（2）汽車零部件的結構優化及模塊化設計水平的不斷提高。輕量化研究對于汽車工業的發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行汽車輕量化，這是未來的發展趨勢。綜上所述，研究盤式制動器的輕量化設計非常有必要。第二章相關概述2.1制動器汽車制動系統是用來減緩或停止車輛移動,使車輛下坡的速度穩定,允許汽車在一個地方(包括斜坡)不動的一種機制。車輛制動系統的質量直接影響到車輛的安全性和停車的可靠性。高速公路的快速發展和交通密度的持續增大，為了確保安全駕駛和停車可靠,汽車制動系統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動機構兩部分組成。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，且利用專設的中央制動器或利用車輪制動器進行制動。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，必須具有獨立的制動驅動機構，而且每車必備。行車制動裝置的驅動機構分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時還應有制動主缸、制動輪缸以及管路；用氣壓操縱時還應有空氣壓縮機、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。摩擦元件從兩側夾緊制動盤而產生制動。固定元件則有多種結構形式，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、構造簡單、調整方便。特別是高負載時耐高溫性能好，制動效果穩定，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、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，故不會發生“托滯”現象。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到極限后，活塞仍可繼續移動，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，仍保持標準值。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的滯后性,易于連接和聯合，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構形式則多種多樣，如圖3.1所示：圖3.1制動器的各種結構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，內裝有軸承。制動表面是制動盤兩側的加工表面。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。鑄鐵能提供優良的摩擦面。制動盤裝車輪的一側稱為外側，另一側朝向車輪中心，稱為內側。制動盤制動表面的大小由盤的直徑決定。大型車需要較多制動功能，它的制動直徑達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。按輪轂結構分類，制動盤有兩種常用型式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結構中，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制成兩個獨立件。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。這種型式的優點是制動盤便宜些。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的。通風的制動盤在兩個制動表面之間鑄有冷卻葉片。這種結構使制動盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉動時，盤內扇形葉片的旋轉增加了空氣循環，有效的冷卻制動。盤式制動器可以快速冷卻,重量輕,結構簡單,容易調整，這都是它的優點。特別是當負載性能高時,制動效果是穩定的,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，加速通風散熱以提高制動效率，這就是通風盤式制動器。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，而通風盤則要比實體盤的散熱效率高。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，且前輪多采用通風盤，后輪多采用實體盤或通風盤。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。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都是圓盤形的，分別叫做固定盤和旋轉盤。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制液冷多片全盤式制動器。這種制動器完全封閉，內腔充滿冷卻油液。冷卻在制動器內受熱升溫后，被液壓泵吸出，而后被壓送入發動機水冷系中的熱交換器，在此受發動機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構不同，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，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裝設制動塊促動裝置，以便分別將兩側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：（1）液壓缸較多，使制動鉗結構復雜。（2）制動盤的兩側是液壓缸，兩個液壓缸的連通需要鉗內油道或外部油管。因此制動鉗的尺寸增大，現代化轎車之中的空間是不足的。（3）熱負荷大時，鉗內油道或外部油管很容易受熱汽化。（4）加裝一個機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決定了它與現代汽車是不適應的，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。制動盤的內側才有液壓缸，鉗體上面是外側的制動塊。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液壓缸,制動鉗體和鉸鏈支架固定在軸上面。實現制動鉗,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計得可以相對制動盤轉向滑動。其中，只在組、制動盤的內側設置液壓缸，而外側的制動塊則附加裝在鉗體上。浮動鉗式制動器的優點有：（1）僅在盤的內側有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；（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小；（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點：（1）熱穩定性好。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,這就是所謂的機械衰退。制動盤的最小軸向擴張,徑向擴張和機械制動盤的基本性能是沒有關聯的。因此,使用前輪盤式制動器,制動不容易出現偏差。（2）水穩定性好。在制動塊對盤的單位壓力高的時候，水容易被擠出來，所以說即便是進水了效能并沒有降低多少；再加上離心力和襯塊對盤的擦時作用，即便是出水了，一兩次制動就可以使其恢復正常。但是鼓式制動器則需要十幾次才能夠恢復正常。（3）制動力矩與汽車運動方向沒有關聯。（4）雙回路制動系易形成，系統可靠性和安全性有保證。（5）尺寸、質量小，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，有利于縮短制動協調時間。（9）間隙自動調整易實現。盤式制動器的主要缺點：（1）完全防塵和銹蝕實現的可能性小。（2）手驅動機構在兼作駐車制動器時要求很高。（3）助力器在制動驅動機構中是必須的。（4）襯塊工作面積小，磨損快，壽命低對材質要求很高。因此，從結構，散熱，技術，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的確定4.1制動盤直徑制動盤直徑應盡可能取大些。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%。總質量大于2t的汽車取上限。輪輞直徑為15英寸，又因為=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量和工作時的溫升也受到了制動盤厚度的影響。質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心的，或者為了散熱通風需要在制動盤中間鑄出通風孔道。一般實心制動盤厚度可取為10—20mm，通風制動盤厚度可取20—50mm，采用較多的是20mm—30mm。選取前實心制動盤厚度為=16mm；后實心制動盤厚度為=12mm。4.3摩擦襯塊外半徑與內半徑摩擦襯塊外半徑與內半徑的比值不大于1.5是比較理想的狀態。若比值偏大的話，磨損不均勻，接觸面積也會減少，因此會導致制動力矩變化很大。取前制動器摩擦襯塊外半徑=142mm，內半徑=96m；后制動器摩擦襯塊外半徑=128mm，內半徑=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，根據制動襯塊單位面積占有的汽車質量，推薦在1.6-3.5kg/范圍內選用。汽車滿載質量為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計計算5.1同步附著系數的確定QUOTE根據設計經驗，空滿載的同步附著系數和應在下列范圍內：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=制動力分配系數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，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。由于已經確定同步附著系數，則分配系數可由下式得到：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。先計算出前，后制動力矩的比值：（5.3）式中：,——汽車質心離前、后軸距離，mm;——同步附著系數；——汽車質心高度，mm。制動器所能產生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，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。有些汽車因為經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（此時制動強度），前、后軸的車輪制動器所能產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，相應的極限制動強度，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；q——制動強度；——車輪有效半徑，m。因為所選取的車型為乘用轎車，所遇道路路面較好，同步附著系數也較高。所以采取公式（3—17）和（3—18）計算制動器在路面附著系數為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，=0.7；q——制動強度；——車輪有效半徑，=0.318m。一個車輪制動器應有的最大制動力矩為按上公式計算所得結果的半值。5.4利用附著系數和制動效率路面附著系數，制動器制動力分配系數=0.654，同步附著系數=0.68。因為>=0.68，故后軸先抱死拖滑。則后軸的利用附著系數：=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到的最大制動減速度：0.6945.5制動器制動性能核算根據GB7258轎車制動器制動性要求取制動初速度=50Km/h,路面附著系數為=0.7。滿載：制動距離=（5.11）式中：—轎車制動系統協調時間—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襯塊磨損特性的計算摩擦襯塊的磨損受溫度，摩擦力，滑磨速度，制動盤的材質及加工景況，以及襯塊本身材質等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損特性極為困難。但試驗表明，影響磨損的最重要因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能的一部分轉變為熱量而耗散的過程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了汽車全部動能耗散的任務。而制動的時間是很短的，因此在很短的時間內是無法散出熱量的，所以制動器溫度會升高，這就是所謂的制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴重。對于盤式制動器的襯塊，其單位面積上的能量負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量來評價能量負荷。目前，各國常用的指標是比能量耗散率，即單位時間內襯片（襯塊）單位面積耗散的能量，通常所用的計算單位為W/mm2。比能量耗散率有時也稱為單位功負荷，或簡稱能量負荷。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，為汽車總質量；為汽車回轉質量系數；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。在緊急制動到停車的情況下，v2=0，并可認為=1，故（5.15）乘用車的盤式制動器在和的條件下，比能量耗散率應不大于6.0W/mm2。·計算前輪襯塊的摩擦特性：=27.8/6=4.63（s）<6.0W/mm2.（5.16）計算后輪襯塊的摩擦特性：<6.0W/mm2.（5.17）另一個磨損特性指標是

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。帶入參數計算的：=0.334N/mm2=0.299N/mm25.7制動器的熱容量和溫升的核算應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到完全停車的強烈制動，溫升不應超過15℃）；L1——滿載汽車制動時由動能轉變的熱能，因制動過程迅速，可以認為制動產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：——滿載汽車總質量；——汽車制動時的初速度，可取；——汽車制動器制動力分配系數。以=30km/h（8.33m/s），取滿載時的值=0.68來計算，=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構設計6.1制動盤制動盤一般用珠光體灰鑄鐵HT250制成，其結構形式有平板形（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。制動盤的表面應光滑平整。兩側表面不平行度不應大于0.05mm，盤面擺差不應大于0.1mm，制動盤表面粗糙度不應大于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。可做成整體的，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。制動鉗體應有高的強度和剛度。一般多在鉗體中加工出制動油缸，也有將單獨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的小半圓環形端面。活塞由鑄鋁合金制成或由鋼制成。為了提高其耐磨損性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。當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。活塞應該能夠將制動塊的面積盡可能壓住以避免壓力,避免襯塊發生卷曲現象從而發出尖銳的聲音。制動塊背板由鋼板制成。制動的時候會產生熱量，這熱量會引起制動液化或者是制動噪音，為了避免這一現象或者是減弱這一現象，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，以免發生意外。6.4摩擦材料制動摩擦材料的摩擦系數一定要高而且穩定，熱衰退性能好,不應在溫度、摩擦系數處于一定值的時候突然下降,材料應耐磨耗,有低吸水率、制動壓力、拉伸、剪切、彎曲和抗沖擊性,制動應該沒有噪音,沒有氣味,應該使用的是無污染和對人體無害的摩擦材料。當前，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劑、調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，故應按襯片襯塊規格模壓，其優點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、有機或無機材料粉末、纖維作為增強材料,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,歐洲國家廣泛應用于盤式制動器，制動摩擦材料已經成為主流。各種摩擦材料摩擦系數的穩定值約為，少數可達0.7。設計計算制動器時一般取。就可使計算結果接近實際。6.5制動器間隙的調整方法及相應機構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，這是因為要使得制動盤獲得自由轉動的空間，一般而言這個間隙是：（單側）。這一間隙會導致損失踏板或手柄的行程,所以應該盡可能設計小的差距。考慮摩擦制動過程中可能會產生熱變形和機械變形,因此,應在設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，所以間隙是需要調整的，但是這一點目前已經實現了自動化，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張幾乎沒有影響,所以通常使用一種自動間隙調整裝置的校準。結構最簡單的是在汽缸和活塞之間裝一個既可以起復位又可以自動調節間隙的橡膠密封圈，密封圈的邊緣在活塞環的摩擦作用下產生相應的變形，這個變形量就是設定的極限間隙。當襯塊磨損造成的活塞行程的增加，密封圈無法再繼續變形的時候，活塞可以克服摩擦力在流體壓力的作用下繼續前進,實現制動。活塞密封環之間的不可逆轉的相對位移補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到了原本設定的狀態。第七章制動驅動機構的設計與計算7.1制動驅動機構的形式制動驅動機構產生制動力矩的來源是驅動程序或其他力量。根據不同來源，制動驅動機制可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三類。駕駛員應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,有機械和液壓兩種類型。機械式的傳力方式完全是桿系傳力，由于其機械效率低,傳動比小,潤滑點多，很難確保正確的比例系統以及左、右輪驅動平衡,因此已經被淘汰了。但由于其結構簡單、成本低、可靠,也被廣泛應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，其有以下優點：作用滯后時間為0.1-0.3s，時間很短；工作壓力高達10-20MPa，壓力很高。由于以上所說的兩個優點，液壓式制動裝置輪缸尺寸不大，可以放在制動器的內部，不占用很多空間，而且結構簡單，效率較高。但是液壓式制動裝置也有缺點：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液化狀態，產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用在乘用車和一些質量不大的車型之中。發動機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。該驅動程序將力施加到踏板或手柄上，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，踏板行程又是適當的。7.2液壓制動驅動機構的設計計算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格，但驅動機構越緊湊。輪缸直徑應在標準GB7524—84規定的尺寸系列中選取，這里根據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——輪缸的活塞數目，n=1；——一個輪缸活塞在完全制動時的行程：。可取1mm；——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。在設計的初步階段，因為軟管有可能變形，所以在計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=根據上述公式和參數計算所得==16.22mm.主缸的直徑應符合系列尺寸，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）取踏板機構傳動比=5；踏板機構及液壓主缸的機械效率0.9.求得=305.43.制動踏板力應滿足以下要求：最大踏板力一般為500N（乘用車）或700N（商用車）。設計時，制動踏板力可在200~350N的范圍內選取.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。結論本設計主要思考了關于制動器結構形式選擇、主要參數選擇、相關參數計算，其中以參數設計計算過程和零件設計為重點。在設計前期，我就合理安排自己的時間，搜集大量與制動器設計相關的資料，了解了制動器的發展狀況，不斷與同學，老師溝通交流遇到的種種問題。以下是設計過程中所獲得的結論和感悟：（1）對于盤式制動器設計而言，制動力分配系數和同步附著系數是最重要