制动盘优化设计原稿.docx

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制动盘优化设计原稿

交通与汽车工程学院

课程论文说明书

课程名称:

车辆工程专业科技创新实践活动

课程代码:

3510429

题目:

制动盘优化设计

年级/专业/班:

2011级/车辆工程/汽设一班

学生姓名:

刘陈

学　　号:

312011080306117

开始时间:

2014年03月18日

完成时间:

2014年05月25日

课程论文成绩：

学习态度及平时成绩（30）

技术水平与实际能力（20）

创新（5）

说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）

总分（100）

指导教师签名：

年月日

前言1

1汽车刹车盘国内外研究现状与目标1

1.1国外研究现状1

1.2国内研究现状2

2制动盘组织分析与性能要求2

3制动盘温升对摩擦系数的影响3

4制动盘直径D3

5制动盘厚度h3

6制动盘常存在的问题4

6.1气孔4

6.2缩松4

6.3砂眼缺陷4

7制动盘catia图形4

结论7

致谢7

参考文献8

前言

汽车的设计与生产涉及到许多领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。

汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。

本次设计的主要内容就是运输车辆中的制动器，目前广泛使用的是摩擦式制动器，摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分成鼓式、盘式和带式三种。

其中盘式制动器较为广泛。

盘式制动器有着制动效果更好，不易受外界条件影响，且制动较平稳等优势。

1汽车刹车盘国内外研究现状与目标

制动盘在汽车的制动系统中发挥着至关重要的作用，性能优良的制动盘是汽车安全行驶的前提条件之一。

虽然经过多年的应用与发展，但是从早期的石棉制动盘到目前广泛使用的铸铁制动盘，在环保、质量等方面都存在一些缺陷，并不能完全满足市场需求。

汽车产业的迅猛发展，汽车产量的大幅度增加，降低能源消耗、加强环境保护对汽车用材料轻量化的要求，迫使人们不停的开展对汽车制动盘的研究。

1.1国外研究现状

国外早期的制动盘是用石棉纤维填充酚醛树脂制造而成的，其中石棉由硅酸盐矿物质得，含有一定数量的结晶水。

由于强制制动时制动盘表面瞬间温度可达到500到600摄氏度，所含的结晶水快速遗失，往往造成制动盘制动性能发生热衰退，同时制动盘自身磨损，再加上石棉在加工、使用中其粉尘具有致癌作用，因此石棉制动盘渐渐被禁用。

从20世纪60年代开始，美、欧、日等国家大面积推广使用的第二代刹车盘是半金属石墨复合材料制造的一。

其主要成分是钢纤维、石墨、金属粉及其辅料，用改性酚醛树腊粘结成型。

半金属刹车盘比石棉刹车盘耐磨性提高25％以上，摩擦系数高、导热性好加工易成型。

同时，这种刹车盘也出现钢纤维在潮湿环境中易生锈、刹车时噪音大等缺点。

后来，由于铸铁具有一定的强度和良好的耐磨性，材料和制造成本都较低，长期以来一直是汽车刹车盘使用的材料。

为了提高铸铁的强度和耐热性，避免使用过程中的“热裂”，在铸铁中加入Ni、Cu、Mo、Cr等合金元素。

世界各国所采用刹车盘铸铁材料各有不同。

英、美等国主要用高碳低合金铸铁（C>7.36％，Si<1.5％，含Mo、Cu或Ni等元素）；前苏联则采用Cr、Ni、Mo的合金铸铁，其碳含量为3.2％～3.5％，硅含量为1.9％～2.5％。

蠕墨铸铁具有良好的热疲劳抗力，因此国外在80年代中后期对其在制动器上的应用开始了研究。

近十多年来，用金属基复合材料制造汽车刹车盘的报道很多。

在材料方面，1986年开始用真空搅拌混合专利技术生产可重熔的颗粒增强铝基复合材料铸锭，铸锭重熔后，采用砂型、金属型、熔模、消失模、压铸、挤压铸造等工艺生产形状复杂、表面光洁、尺寸精确的高质量铸件。

研究表明，含25％SiC的铝基复合材料，其模量、强度、导热性都明显优于HT200，而重量减轻50％～60％。

SiC颗粒能明显提高基体的耐磨性能。

相比研究，复合材料的耐磨性明显优于基体合金，也优于铸铁。

研究“表明颗粒增强铝基复合材料刹车盘的主要优点是可使重量比铸铁件减少50％～60％，减小了惯性力，增加了制动的加速度，以致减少刹车距离。

1.2国内研究现状

由于国内汽车发展较晚，对制动盘的着手程度也比不上国外，其中对铸铁的研究比较多，而有关铝基复合材料刹车盘的报道很少见到。

从国内外汽车刹车盘的研究与使用现状及发展趋势来看，铝基复合材料汽车刹车盘是今后的主要发展方向，同时，国内的研究与国外的研究相比，差距较大。

很有必要开展这项研究工作。

2制动盘组织分析与性能要求

制动盘及其材料不仅要求高的安全可靠性，即足够的强度和刚度、好的耐磨性能和耐热疲劳性能，还要求一定的摩擦制动性能，即摩擦系数高而稳定，受速

度和环境变化的影响小，保证列车在任何条件下以一定的减速度并在规定的制动

距离内停车。

此外，特别是随着高速列车的发展，减轻列车重量，尤其是减少列

车的簧下质量（如制动盘的重量），改善列车的运行品质，降低运营成本，已经成为高速列车的重要技术问题之一。

3制动盘温升对摩擦系数的影响

在轿车高速运行或较长坡路的制动情况下，铸铁制动盘因制动摩擦发热而使其表面温度高达700℃，这一温度远远高于一般铝合金的熔点。

然而，大量试验数据表明，SiC颗粒增强铝基复合材料的导热系数约为HT250铸铁的四倍，比热约为HT250铸铁的2倍，因而在制动过程中复合材料制动盘的表面温升低于铸铁制动盘。

当然这还与制动盘的大小尺寸，实心、空心有关。

4制动盘直径D

制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。

受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70％一79％。

总质量大于2t的汽车应取上限。

根据汽车设计老师和本人查阅的资料，本次设计制动盘的直径定为320mm。

5制动盘厚度h

制动盘厚度对制动盘质量和工作时的温升有影响。

为使质量小些，制动盘厚度不宜取得很大；为了降低温度，制动盘厚度又不宜取得过小。

制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。

一般实心制动盘厚度可取为10—20

，通风式制动盘厚度取为20～50

，采用较多的是20—30

。

在高速运动下紧急制动,制动盘会形成热变形,产生颤抖。

为提高制动盘摩擦面的散热性能,大多把制动盘做成中间空洞的通风式制动盘,这样可使制动盘温度降低20%～30%。

本次设计考虑到安全可靠性，采用实心，厚度为20mm，并带有部分对称性散热小孔以达到缓解成热变形状况。

6制动盘常存在的问题

6.1气孔

气孔是刹车盘铸件最常见的缺陷之一，刹车盘铸件小而壁薄，冷却、凝固速度快，发生析出性气孔和反应性气孔的可能性不大。

而合脂油粘结剂砂芯的发气量大，如果铸型水分含量高，这两个因素常常会导致铸件产生侵入性气孔。

6.2缩松

缩松缺陷在有些刹车盘生产厂家表现得比较严重。

对比不同厂家的不同生产条件发现，配料中废钢加入量大，铸件化学成分中的C、Si含量偏低，力学性能控制得过高（个别情况下σb达350MPa以上），则缩松缺陷在总废品率中所占的比例较高，组织致密度的控制难度较大。

刹车盘铸件为薄壁小件，可适当提高含量，增加石墨析出量，充分利用自补缩。

也可采用二次孕育措施，即在小包内加入0.1%-0.2%的75Si~Fe孕育剂进行瞬时孕育，提高孕育效果，促进石墨形核长大，孕育剂粒度以2-5mm为宜。

6.3砂眼缺陷

个别厂家铸件砂眼缺陷较多，调研分析认为主要原因是型砂湿强度低。

由于缺少型砂检测仪器，凭经验掌握，粘土或膨润土、水等不定量，型砂的性能（水分、含泥量、透气性、湿强度、紧实率等）不稳定或不能保证。

而型砂的性能是控制刹车盘铸件的重要措施之一，这一点应该引起生产厂家的重视并设法改进完善。

在只混制面砂的情况下，控制混砂质量更为重要。

另外，采用手工模板造型时，浇注系统处的紧实度和均匀性也应得到保证，否则可能因冲砂、掉砂而造成砂眼缺陷。

7制动盘catia图形

制动盘外径为320mm，凸台外径为160mm，凸台内径64mm，凸台上孔直径为20mm，制动盘上小孔的直径为6mm。

具体图形如下：

图1

图2

图3

图4

图5

结论

汽车制动器是汽车一个重要部件，是车辆不可或缺的一部分，其中制动器设计发展到今天，其技术已经成熟，但对于我们还没有踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨、学习的。

盘式制动器的主要优点是：

1、热稳定性较好。

因为制动摩擦衬块的尺寸不长，其工作表面的面积仅为制动盘面积的12％～6％，故散热性较好。

2、水稳定性较好。

因为制动衬块对盘的单位压力高，易将水挤出，同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上衬块对盘的擦拭作用，因而，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常；而鼓式制动器则需经过十余次制动方能恢复正常制动效能。

3、制动力矩与汽车前进和后退行驶无关。

4、在输出同样大小的制动力矩的条件下，盘式制动器的质量和尺寸比鼓式要小。

5、盘式的摩擦衬块比鼓式的摩擦衬片在磨损后更易更换，结构也较简单，维修保养容易。

6、制动盘与摩擦衬块间的间隙小（0.05～0.15mm），这就缩短了油缸活塞的操作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。

7、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损失，这也使间隙自动调整装置的设计可以简化。

盘式制动器的主要缺点是：

制动比较粗暴。

两个粘有摩擦衬面的摩擦盘能在花键轴上来回滑动，是制动器的旋转部分。

当制动时，能在极短时间使车辆停止。

再加上压盘上球槽的倾斜角不可能无限大，所以制动不平顺。

致谢

本次制动盘的优化设计主要从制动盘的材料，尺寸等方面进行优化考虑的，在制作的过程中遇到很多困难，好在学校的资源还丰富，图书馆的资料也很齐全，结合老师讲过的知识才完成了这次设计。

在此谢谢我的老师和我的学校，是他们给了我这次机会。

当然这次设计存在的问题还很多，不足之处比比皆是，我一定会再接再厉，好好学习专业知识，丰富自己，争取下次取得更好的成绩。

参考文献

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清华大学出版社，2001：

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机械工业出版社，2005：

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机械工业出版社，2005：

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高等教育出版社，2002：

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机械工业出版社，2004：

32～81

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机械工业出版社，2002：

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兰州大学出版设，2003：

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