制动器设计.docx

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制动器设计

第1章设计任务

1.1设计依据

制动器的功用:

使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车;

在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速;

使汽车可靠地停在原地或坡道上。

制动系首先应满足如下要求：

1）足够的制动能力；

2）工作可靠；

3）不应当丧失操纵性和方向稳定性；

4）防止水和污泥进入制动器工作表面；

5）热稳定性良好；

6）操纵轻便，并具有良好的随动性；

7）噪声尽可能小；

8）作用滞后性应尽可能短；

9）摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命；

10）调整间隙工作容易；

11）报警装置;

12）减少公害

盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两类。

1）钳盘式

钳盘式制动器按制动钳的结构形式不同可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。

定钳盘式制动器：

这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相连并在制动钳体开口槽中旋转。

具有以下优点：

除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现鼓式制动器到盘式制动器的改革，能很好地适应多回路制动系的要求。

浮钳盘式制动器：

这种制动器具有以下优点：

仅在盘得内侧具有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低；浮动盘的制动块可兼用驻车制动。

2）全盘式

在全盘制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。

由于这种制动器散热条件较差，其应用远远没有钳盘式制动器广泛。

盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：

1）制动效能稳定性好；

2）制动力矩与汽车运动方向无关；

3）易于构成双回路，有较高的可靠性和安全性；

4）尺寸小、质量小、散热好；

5）制动衬块上压力均匀，衬块磨损均匀；

6）更换衬块工作简单容易。

7）衬块与制动盘间的间隙小，缩短了制动协调时间。

8）易于实现间隙自动调整。

1.2设计条件

轿车设计参数：

空车质量：

1030kg

满载质量：

1470kg

轴距：

2475mm

质心距前轴距离：

1114mm

质心距后轴距离：

1361mm

质心高度：

495mm

第2章制动器的方案分析及选择

2.1汽车制动器结构方案分析

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。

随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能.长寿命的制动系统。

其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响，如果此系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。

汽车制动系统是汽车各个系统中最为重要的。

如果制动系统失灵，那么结果将会是毁灭性的。

制动器实际上是一个能量转化装置，这种转化实际上是把汽车的动能转换为汽车的热能挥发出去，当制动器制动时，驱动程序来命令十倍于以往的力来使汽车停止下来。

制动系统可以发挥上千磅的压力来分配给四个制动器。

汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车，使下坡形式的汽车的车速保持稳定以及使已停使的汽车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。

随着高速公路的发展和车速的提高及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要，也只有制动性能良好，制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。

盘式制动器又称为碟式制动器，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。

由制动器设计的一般原则，综合考虑制动效能、制动效能稳定性、制动间隙调整简便性、制动器的尺寸和质量及噪声等诸多因素设计本产品。

在设计中涉及到同步系数的选取、制动器效能因素的选取、制动力矩的计算，以及制动器主要元件选取，最后对设计的制动器进行校核计算。

1制动器效能，指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。

制动效能因数：

在制动鼓和制动盘的作用半径上所得到的摩擦利于输入力之比。

2制动器效能恒定性，即汽车高速行使或下长坡连续制动时汽车制动效能保持的程度。

影响摩擦因数的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面温度和水湿程度。

因为制动过程是及时把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制动效能，已成为设计汽车制动器时要考虑的一个重要问题。

盘式制动器的制动效能最为稳定。

要求制动器的热稳定性好，除选择其效能因数对摩擦系数敏感性较低的制动器类型外，还要求摩擦材料有较好的抗热衰退性和恢复性，并且应使制动盘有足够的热容量和散热能力。

3制动器间隙调整，是汽车保养作业较为频繁的项目之一。

故选择调整装置的结构形式和安装位置必须保证调整操作方便。

最好采用间隙自动装置。

4制动器的尺寸和质量。

随着现代汽车车速的日益提高，处于汽车行驶稳定性的考虑，轮胎尺寸往往选择较小。

这样，为了保证所要求的制动力矩而确定的制动鼓（制动盘）直径就可能过大而难以在轮毂内安装。

因而应选择尺寸小而效能高的制动器形式。

对于高速轿车，为提高制动时的稳定性，在前悬架（独立悬架）设计中，一般采用较小的主销偏移距。

为此，前制动器位置有时不得不外移到更靠近轮毂，导致其布置困难。

车轮制动器为非簧载质量，故应尽可能减轻其质量，以改善行驶平顺性。

5噪音的减轻。

制动噪音的现象很复杂。

大致来说，冬冬噪音分为低频好高频良种。

在低频噪音中，常遇到的是制动时停车的喀擦声，这主要是由制动鼓或者制动钳的共振造成的。

高频噪声一般可通过制动蹄或制动盘共振产生。

或者是由于摩擦衬片或衬块弹性震动造成的。

影响的噪声的主要因素是摩擦材料的摩擦特性，即动摩擦系数对摩擦速度的变化关系。

动摩擦系数随速度的增高而减低的程度愈大，愈易激发震动而产生噪声。

此外，制动器输入压力越大，噪声也越大。

制动温度对噪声也有影响。

在制动器的设计中采取某种措施，可以在相当的程度上消除某种噪声。

应当注意，为消除噪声而采取的某种措施，有可能产生制动力矩的下降和踏板行程损失等副作用。

盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。

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。

盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。

制动盘装在轮级上、与车轮及轮胎一起转动。

当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。

该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动。

汽车制动系可分为行车、驻车、应急、辅助内部分装置。

任何制动装置都具有供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个部分组成。

较为完善的制动系还具有制动力调节装置，以及报警装置、压力保持装置。

按摩擦副中固定元件结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式。

固定钳盘式在汽车上用的最早（50年代就开始使用），优点是：

除活塞和制动块外无滑动件，这易保证钳的刚度，易实现从鼓式到盘式的改进，也能适用分路系统的要求。

但固定钳盘式的缺点也随着汽车性能的提高而保利，首先，固定钳至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，须有横跨的内部油道或外部油道来连通，这就使制动器的径向和轴向尺寸加大，布置较难；而浮动钳的外侧无油缸，可将制动器进一步移进轮毂；其次，在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会。

所以制动温度可以比固定钳低30-50℃，又采用浮动钳可将活塞和油缸等精密件减去一半，造价大为降低。

盘式制动器除了结构复杂外有一系列优点：

如结构紧凑，操纵省力，制动效果好，衬面磨损较均匀，间隙不需调整，封闭性好不易进泥水，且散热容易，故使用寿命较长等。

这些特点使它得到越来越广泛的应用。

因此，参照所给参数，确定设计浮动钳盘式制动器。

2.2制动器设计的一般原则

2.2.1制动驱动机构的选择

液压式驱动机构：

优点：

制动时可以得到必要安全性，因为液压系统内系统内压力相等，左右轮制动同时进行；易保证制动力正确分配到前、后轮，因为前、后轮分泵可以做出不同直径；车振或悬架变形不发生自行制动；不须润滑和时常调整；

缺点：

当管路一处泄漏，则系统失效；低温油液变浓，高温则汽化；不可长时间制动。

综合来看，油压制动是可取的，且得到了广泛的应用。

2.2.2制动管路的选择

出于取安全上的考虑，汽车制动应至少有两套独立的驱动制动器的管路。

汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路型式：

1一轴对一轴（Ⅱ）型（图a），前轴制动器与后桥制动器各用一个回路；

2交叉（X）型，前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同

属一个回路；

3一轴半对半轴（HI）型（图c），每侧前制动器的半数轮缸和全部后制动器轮缸属于一个回路，其余的前轮缸则属于另一个回路；

4半轴一轮对半轴一轮（LL）型（图d），两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器作用；

5双半轴对双半轴（HH）型（图e），每个回路均只对每个前后制动器的半数轮缸起作用。

图2.3不同的双管路系统布置

其中Ⅱ型的管路布置最为简单，成本较低。

但这种型式后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯能力。

X型的结构也很简单。

直行制动时任何一回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50％。

但一旦某一管路损坏则造成制动力不对称，使汽车丧生稳定性。

HI、HH、LL型的结构都较为复杂，本次设计不予考虑。

X型的布置方案可适于本次设计。

第3章制动器设计与校核

3.1盘式制动器主要元件

3.1.1制动盘

制动盘一般由珠光体灰铸铁制成，钳盘式制动器用礼帽形结构，其圆柱部分长度取决与布置尺寸为了改善冷却，有的钳盘式制动器的制动盘铸成中间有径向通风槽的双层盘，可大大增加散热面积，但盘的整体厚度较大，由于此次设计的捷达车型属于质量一般的轿车，所以设计时选择实心制动盘式设计方案。

制动盘直径直径一般为轮毂直径的70%-79%，捷达轮毂初取320mm

则制动盘直径初选D=256mm

制动盘内径选取d=157mm

捷达所选制动盘厚度初选为h=14mm（多选10—20mm之间）

3.1.2制动钳

制动钳由可锻铸铁KTH370—12或球墨铸铁QT400—18制造，制动钳体应有高的强度和刚度。

一般多在钳体中加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。

为了减少传给制动液的热量，多将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。

有的活塞的开口端部切成阶梯状，形成两个相对且在同一平面内的小半圆环形端面。

活塞由铸铝合金或钢制造。

为了提高耐磨损性能，活塞的工作表面进行镀铬处理。

当制动钳体由铝合金制造时，减少传给制动液的热量成为必须解决的问题。

为此，应减小活塞与制动块背板的接触面积，有时也可采用非金属活塞。

3.1.3制动块

制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接压嵌在一起。

活塞应能压住尽量多的制动块面积，以免衬块发生卷角而引起尖叫声。

制动块背板由钢板制成。

许多盘式制动器装有衬块磨损达极限时的警报装置，以便及时更换摩擦衬片。

初选摩擦片厚度为10mm

3.1.4摩擦材料

制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能好，不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有较高的耐挤压和耐冲击性能；制动时不产生噪声和不良气味，应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。

捷达选取以石棉纤维为主并与树脂粘结剂，调整摩擦性能的填充物（由无机粉末及橡胶，聚合树脂等配成为石磨）等混合而成。

各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5，少数可达0.7。

设计计算制动器时一般取0.3～0.35。

选用摩擦材料时应注意，一般说来，摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。

初选时摩擦系数选择为f=0.3

3.1.5制动器间隙

为保证制动盘能自由转动。

一般，盘式制动器的为0.1～0.3mm

初选制动器间隙为0.2mm

3.2同步附着系数的选取

理想的前后制动器分配曲线（I线）如下：

图3.2某载货汽车的Ⅰ线与β线

通过对汽车的受力分析可知，制动时前后轮同时抱死，对附着条件的利用，制动时汽车的方向稳定性等均有利，此时的前后轮制动器制动力和的关系曲线，称为理想的前后轮制动器制动力分配曲线。

在任何附着系数的路面上，前后轮同时抱死的条件是：

前后轮制动器制动力之和等于附着力；并且前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即：

（3-1）

（3-2）

（3-3）

式中：

——重力

——前、后制动力

——地面对前、后轮法向反作用力

将：

代入

得：

（3-4）

简化得：

（3-5）

式中：

——轴距

——汽车质心距前轴距离

——汽车质心距后轴距离

——附着系数

现在不少汽车的前后制动器制动力之比为一固定值，常用前制动力与总制动力之比来表明分配比例，称为制动器动力分配系数，用β表示，即：

（3-6）

式中：

——汽车制动器总制动力

所以

若用

为一直线通过坐标原点，且其斜率为：

这条直线称为实际前后制动器制动力分配曲线，简称β线。

因为所设计捷达为轻型轿车的盘式制动器的，而现代轿车的行使状况较好，特别是高级公路的高速要求，同步附着系数可选大些（

），在此，选取

，则：

所以由

（3-7）

（3-8）

，

（3-9）

得

I线上任一点代表在该附着系数的路面上前后制动器，制动时应有的数值，图中β线与I线（满载）交与B点，此时同步附着系数

=0.7。

它由汽车结构参数决定，是反映汽车制动性能的一个参数。

在同步附着系数

的路面上制动上制动时才能使前后车轮同时抱死。

3.3制动器效能因数

制动器在单位输入压力或力的作用下，所输出的力或力矩称为制动器效能因数（BEF）来表示，它器而言，其效能因数为k=2f.