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摘要
摘要
制動器是制動系統(tǒng)的重要組成部分，本論文主要介紹了商務(wù)車的制動器設(shè)計。盤式制動器制動效能更好，且尺寸和質(zhì)量都相對較小，散熱性能好，且所設(shè)計商務(wù)車的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率較大，車速較高，整體性能較好，屬于中高檔車，故本設(shè)計前后輪均選用了浮鉗盤式制動器。
基本結(jié)構(gòu)選定后本論文對制動器展開了以下設(shè)計。第一制動系的參數(shù)：包括制動力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率以及最大制動力矩等參數(shù)的選擇計算；第二制動器及其零部件：制動盤、制動鉗體、摩擦襯塊等制動器零部件的尺寸計算與材料選擇；第三駐車制動：本設(shè)計選用了后輪駐車制動，在后輪盤式制動器上加裝了駐車制動的機(jī)械結(jié)構(gòu)；第四制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)：制動輪缸、制動主缸、以及踏板行程的設(shè)計計算。
上述完畢后對所設(shè)計的制動器進(jìn)行了制動減速度與制動距離的驗算，對制動效能的穩(wěn)定性以及制動時的方向穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并用MATLAB繪圖功能繪制出了前后軸制動力分配曲線，上述均符合設(shè)計要求，驗證了該制動器設(shè)計的合理性。最后，根據(jù)設(shè)計與計算用CAD繪制出了該商務(wù)車制動器的裝配圖和制動鉗體、制動盤、摩擦襯塊等零件圖。
關(guān)鍵詞：盤式制動器；CAD；MATLAB；設(shè)計
I
Abstract
Design and optimization of disc brake
Abstract
Brake?is?an?important?part?of?brake?system,?this?paper?mainly?introduces?the?design?of?commercial?vehicle?brake.?because? the? disc-brake? braking? performance?is?better,?and?size?and?quality?are?relatively?small,?thermal?performance?is ?good,? and ?the?commercial? vehicle? designed? torque? and? power? is? larger,? high? speed,? good? performance,?belongs?to?high-grade?car,?so? this? design? sense? are? chosen? floating? disc? brakes.
This?paper?start?the?following?steps?after?selecting?the?basic?structure.?First,?the?parameters?of?braking?power?distribution?coefficient?include:? adhesion? coefficient,?synchronous?adhesion?coefficient,?strength,?and?brake,?and?maximum?braking?torque?parameters?calculation,?etc.?The?second?brake?and?its?components:?the?brake?disc?and?calliper,?friction?lining?block?size?of?components?etc?brake?calculation? and? material?selection,?The?third?in?the?design?in?the?rear?brake?selection?in? the? rear? brake? disc,?install?the?parking?brake?on?the?mechanical?structure,?Fourth:? brake? wheel? drive? mechanism?brake?cylinder,?the?brake?pedal? stroke? the? cylinder,? and ?the? design?calculation.?
After?the?design?of?brake?,this?paper?start?the?checking?of??braking?deceleration?and?braking?distance,?analyzed?the?stability?of?braking?efficiency?and?braking?direction,?and?drawn?out?with?MATLAB?braking?force?distribution?curve,?above?all?comply?with?the?design?requirements,?and?verifies?the?rationality?of?the?design?of?the?brakes.?Finally,?according?to?the?design?and?calculation?using?CAD?drawing?brake?assembly?and?brake?caliper?disc?brake,?piston,?liner,?friction?parts?,at?the?same?time?,the?paper?also?carried?a?three-dimensional?modeling.
Key?words：brake；disc；CAD；MATLAB；design
II
目錄
目錄
摘
摘要…………………………………………………………………………………….I
Abstract……………………………………………………………..…………………II
緒論?..........................................................................................................…………….1
1.1制動系統(tǒng)的基本概念?.......................................................……...………………...1
1.2制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀………………………………………………......................... 1
1.3課題主要內(nèi)容?.........................................................................................................1
1.4課題研究方案?.........................................................................................................2
2?制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇?............................................................................................4
2.1鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)形式簡介?.................................................................................4
2.2鉗盤式制動器的優(yōu)缺點(diǎn)?.........................................................................................4
2.3車制動器結(jié)構(gòu)的最終選擇......................................................................................4
3?制動系的主要參數(shù)及選擇?...............................................……………...……...…...5
3.1制動力與制動力矩計算?.........................................................................................5
3.2盤式制動器主要參數(shù)的確定?.................................................................................7
4?制動器的設(shè)計計算?....................................................................................................9
4.1摩擦襯塊的磨損特性計算?.........................................................……...………….9
4.2制動器熱容量和溫升核算?......................................……………………………..11
5?制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算?..................................................................12
5.1制動盤?...................................................................................................................12
5.2制動鉗?...................................................................................................................12
5.3制動塊?...................................................................................................................13
5.4摩擦材料?...............................................................................................................13
5.5制動輪缸?...............................................................................................................14
5.6制動間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)?.......................................................................14
6?制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與計算?..................................................................16
6.1制動管路的多回路系統(tǒng)?.......................................................................................16
6.2液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算?...........................................................................16
7?制動性能分析?..........................................................................................................20
結(jié)?論?............................................................................................................................22
致謝?.............................................................................................................................23
參考文獻(xiàn)......................................................................................................................24
附錄A英文翻譯…………………………………………………………...………..25
附錄B MATLAB編制制動力分配曲線?...................................................................32
III
華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1?制動系統(tǒng)的基本概念：
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為制動；汽車上裝設(shè)的一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，對汽車進(jìn)行一定程度的制動，這種可控制的對汽車進(jìn)行制動的外力稱為制動力；這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。?
這種用以使行駛中的汽車減速甚至停車的制動系稱為行車制動系；用以使已停駛的汽車駐留原地不動的裝置，稱為駐車制動系。這兩個制動系是每輛汽車必須具備的。
制動系統(tǒng)是評價汽車安全性的一個重要因素，也是汽車的重要組成部分之一。當(dāng)今汽車行業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，人類對汽車的性能要求也越來越高。一款安全、輕便、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制動系統(tǒng)可以大大提高汽車的性能。這也是汽車設(shè)計人員不斷追求的目標(biāo)。
1.2?制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀：
汽車制動器未來的發(fā)展重點(diǎn)是浮鉗式盤式制動器。尤其在前輪安裝的通風(fēng)盤式制動器又是發(fā)展重點(diǎn)。另外，作為需要在增大制動力的一種制動產(chǎn)品，雙盤式制動器在商用車應(yīng)用的氣壓式雙盤式制動器將是未來發(fā)展的方向。在后輪盤式制動器中，帶駐車制動器功能的盤中鼓式制動器將是未來發(fā)展的一種趨勢。隨著BBW技術(shù)的發(fā)展，盤式電動制動器是未來發(fā)展的重點(diǎn)方向。
另外，現(xiàn)代汽車制動控制技術(shù)正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動式方向擺動穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，未來的汽車中就不存在孤立的制動控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個ECU中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛控制的智能化。但是，汽車制動控制技術(shù)的發(fā)展受整個汽車工業(yè)發(fā)展的制約。有一個巨大的汽車現(xiàn)有及潛在的市場的吸引，各種先進(jìn)的電子技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)以及各種智能技術(shù)才不斷應(yīng)用到汽車制動控制系統(tǒng)中來。同時需要各種國際及國內(nèi)的相關(guān)法規(guī)的健全，這樣裝備新的制動技術(shù)的汽車就會真正應(yīng)用到汽車的批量生產(chǎn)中。
1.3?課題主要內(nèi)容：
整車性能參數(shù)：
驅(qū)動形式： 4×2前輪；
軸距：2471mm；
輪距前/后：1429/1422 mm
整備質(zhì)量：1060kg；
最高車速：180km/h；
最大爬坡度：35%；
空載時前軸分配負(fù)荷：60%；
制動距離（初速30 km/h）：8m；
最小轉(zhuǎn)彎半徑：11m；
最大功率/轉(zhuǎn)速：74/5800kW/rpm；
最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速：150/4000N.m/rpm；
輪胎型號：185/60R14T；
手動5擋
1.4?課題研究方案：
(1) 查閱汽車制動的相關(guān)資料，根據(jù)使用條件，確定鉗盤式制動器的結(jié)構(gòu)；
(2) 在φ=0.7的路面上制動時，計算地面制動力、制動器制動力，制動力矩等；
(3) 設(shè)計制動器操縱機(jī)構(gòu)，對制動主缸，制動輪缸進(jìn)行選型，繪制液壓管路圖等；
(4) 繪制所有零件圖和裝配圖；
(5) 英文文獻(xiàn)翻譯，要求英文單詞不少于2000個。
2?制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇
2.1?鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)形式簡介
①定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相聯(lián)并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有下列優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現(xiàn)從鼓式制動器到盤式制動器的改革；能很好地適應(yīng)多回路制動系的要求。
②浮動盤式制動器：浮動鉗式盤式制動器的制動鉗體是浮動的。其浮動方式有兩種，一種是制動鉗體可作平行滑動；另一種是制動鉗體可繞一支承銷擺動。故有滑動和擺動之分，其中滑動應(yīng)用的較多。它們的制動油缸均為單側(cè)的，且與油缸同側(cè)的制動塊總成是活動的，而另一側(cè)的制動塊總成則固定在鉗體上。制動時在油液壓力作用下，活塞推動活動制動塊總成壓靠到制動盤，而反作用力則推動制動鉗體連同固定制動塊總成壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊總成受力均等為止。對擺動鉗式盤式制動器來說，鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內(nèi)擺動。這樣就要求制動摩擦襯塊應(yīng)預(yù)先做成楔形的(摩擦表面對背面的傾斜角為6°左右)。在使用過程中，摩擦襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻(一般約為l?mm)后即應(yīng)更換。這種制動器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進(jìn)一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤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。
2.2?鉗盤式制動器的優(yōu)缺點(diǎn)
（1）?熱穩(wěn)定好，原因是一般無自行増力作用，襯塊摩擦表現(xiàn)壓力分布較鼓式中的襯片
更為均勻，此外，制動鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄的中部接觸，從而降低了制動效能，這稱為機(jī)械衰退，制動盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無關(guān)，故無機(jī)械衰退問題，因此，前輪采用盤式制動器。汽車制動時不易跑偏。
（2）?水穩(wěn)定性好，制動塊對盤的單位壓力高，易于將水?dāng)D出，因而浸水后效能降低不多，又由于離心力作用及襯塊對盤的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一，二次制動即能恢復(fù)正常。鼓式制動器則需經(jīng)十余次制動方能恢復(fù)。
（3）?制動力矩與汽車運(yùn)動方向無關(guān)。
（4）?易于構(gòu)成雙回路制動系，使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。
（5）?尺寸小，質(zhì)量小，散熱良好。
（6）?壓力在制動襯塊上的分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻。
（7）?更換襯塊簡單容易。
（8）?襯塊與制動盤之間的間隙?。?.05-0.15mm），從而縮短了制動協(xié)調(diào)時間。
（9）?易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。
（10）能方便地實現(xiàn)制動器磨損報警，以便及時更換摩擦襯塊。
盤式制動器的主要缺點(diǎn)：
（1） 難以完全防止塵污和銹蝕（封閉的多片全盤式制動器除外）。
（2） 兼作駐車制動器時，所需附加的手驅(qū)動機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。
（3） 在制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)中必須裝有助力器。
（4） 因為襯塊工作表面小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì)的襯塊。
2.3車制動器結(jié)構(gòu)的最終選擇
本次設(shè)計，采用浮動鉗盤式制動器?
3.制動器主要參數(shù)及其選擇
整車性能參數(shù)：
驅(qū)動形式： 4×2前輪；
軸距：2471mm；
輪距前/后：1429/1422 mm
整備質(zhì)量：1060kg；
最高車速：180km/h；
最大爬坡度：35%；
空載時前軸分配負(fù)荷：60%；
制動距離（初速30 km/h）：8m；
最小轉(zhuǎn)彎半徑：11m；
最大功率/轉(zhuǎn)速：74/5800kW/rpm；
最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速：150/4000N.m/rpm；
輪胎型號：185/60R14T；
由于這些參數(shù)都是空載數(shù)據(jù)，所以不能直接使用，需自行設(shè)定載人情況下數(shù)據(jù)，自行設(shè)定如下：
質(zhì)心高度：空載?690mm?；?滿載?710mm?
質(zhì)心到前軸的距離：空載1220mm?；?滿載1271mm
質(zhì)心到后軸的距離：空載1251mm?；?滿載1200mm?
總質(zhì)量：2145kg?；??
前軸載荷：空載828kg?滿載1015kg?
后軸載荷：空載770kg?滿載1130kg?
3.1制動力與制動力矩計算
當(dāng)時初始速30 km/h，剎車距離8m。
根據(jù)vt2-v02=2as，F(xiàn)B=ma得a=4.34m/s
其中=0.7，根據(jù)如下公式（3-1）計算
（3-1）
得10151N 4564N
得 （3-2）
（3-3）
求得Fb1=10151N Fb2=4564N
前、后軸的車輪制動器所能產(chǎn)生的最大制動力力矩為：
3705N
1665N
盤式制動器的計算用簡圖如圖 3-4所示，假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動器的制動力矩為
（3-4）
式中：——摩擦系數(shù)，取值0.4；
N——單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力
R——作用半徑，取為133mm。
汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖如圖3-5所示。由該圖可得出汽車上坡停駐的后周車輪的附著力為：
同樣可求出汽車下坡停駐時的后軸車輪的附著力為：
圖 3-5汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖
根據(jù)后軸車輪附著力與制動力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐時的坡度極限傾角，，即由
求得汽車在上坡時可能停駐的極限上坡路傾角為：
（3-6）
在本設(shè)計中：
汽車在下坡時可能停駐的極限下坡路傾角為：
在本設(shè)計中：
本設(shè)計最大駐坡度不大于350C，滿足要求。
3.2盤式制動器主要參數(shù)及選擇
（1）制動盤直徑D
制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這是制動盤的有效半徑得到增大，可以減小制動鉗的夾緊力，降低襯塊的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70％～79％，而總質(zhì)量大于總質(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限。
在本設(shè)計中： 取D=320mm
（2）制動盤厚度h
制動盤厚度h直接影響著制動盤質(zhì)量和工作時的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動盤厚度又不宜過小。制動盤可以制成實心的，而為了通風(fēng)散熱，又可在制動盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通常，實心制動盤厚度可取10mm-20mm；具有通風(fēng)孔道的制動盤的兩工作面之間的尺寸，即制動盤的厚度取為20mm-50mm,但多采用20mm-30mm。
在本設(shè)計中：前制動器采用通風(fēng)盤，取厚度h=25mm；后制動盤采用實心盤，取厚度h=12mm
（3）摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑
推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5.若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減小，最終將導(dǎo)致制動力矩變化大。在本設(shè)計中：取=110mm, =154mm
（4）摩擦襯快工作面積A
一般摩擦襯快單位面積占有汽車質(zhì)量在1.6kg/-3.5kg/范圍內(nèi)選取，考慮到現(xiàn)今摩擦材料的不斷升級，此范圍可適當(dāng)擴(kuò)大些。本次設(shè)計使用半金屬摩擦材料，其摩擦系數(shù)優(yōu)于石棉材料。故取前輪制動器的摩擦襯塊工作面積75 ；后輪制動器的摩擦襯塊工作為70 。
4.制動器的設(shè)計計算
4.1摩擦襯塊的磨損特性計算
摩擦襯片(襯塊)的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計算磨損性能是困難的。但試驗表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車的制動過程是將其機(jī)械能(動能、勢能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強(qiáng)度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動力的任務(wù)。此時由于在短時間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。此即所謂制動器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則襯片(襯塊)的磨損愈嚴(yán)重。
制動器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評價指標(biāo)。比能量耗散率又稱為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時間內(nèi)耗散的能量，其單位為。
雙軸汽車的單個前輪制動器和單個后輪制動器的比能量耗散率分別為
（4.1）
式中：——汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；
——汽車總質(zhì)量；
，——汽車制動初速度與終速度，；計算得=；
——制動減速度，m／s2，計算時取j=0．6g；
——制動時間，；
——前、后制動器襯片(襯塊)的摩擦面積；
（；）
——制動力分配系數(shù)。
在緊急制動到時，并可近似地認(rèn)為，則有
； （4.2）
把個參數(shù)值代入上式得
比能量耗散率過高會引起襯片（襯塊）的急劇磨損，還可能引起制動鼓或制動盤產(chǎn)生龜裂。推薦：取減速度j=0.6g，制動初速度：轎車用100km/h、總質(zhì)量小于3.5t的貨車為80km/h、總質(zhì)量在3.5t以上的貨車用65km/m，鼓式制動器的比能量耗散率以不大于1.8W/為宜。取同樣的和j時，轎車的盤式制動器的比能量耗散率以不大于6.0為宜。式中t為100Km/h時的制動時間，其值為4.728s。為前后制動器摩擦襯片面積。，求得，，符合要求。
磨損和熱的性能指標(biāo)也可用襯塊在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功，即比滑磨功來衡量：
（4.3）
式中：——汽車總質(zhì)量，kg；
——汽車最高制動車速，m/s
——車輪制動器各襯塊的總摩擦面積，
——許用比滑磨功，對轎車取
可求得：，滿足要求。
4.2制動器的熱容量和溫升核算
應(yīng)核算制動器的熱容量和溫升是否滿足如下條件：
（4.4）
式中：——各制動盤的總質(zhì)量，為已知4Kg
——與各制動盤相連的金屬（如輪轂、輪輻、制動鉗體等）總質(zhì)量，為5kg
——制動盤材料的比容熱，對鑄鐵C=482J/(kgK)；對于鋁合金C=880 J/(kgK)
——與制動盤相連的受熱金屬件的比容熱；
——制動盤的溫升（一次由到完全停車的強(qiáng)烈制動，溫升不應(yīng)超過15 ）；
——滿載汽車制動時由動能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動過程迅速，可以認(rèn)為制動產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動器所吸收，并按前、后制動力的分配比率分配給前后、制動器，即
（4.5）
（4.6）
求得：
所以：
式中 ——汽車滿載總質(zhì)量，為2145Kg
——汽車制動時的初速度
——汽車制動器制動力分配系數(shù)，為0.7
核算：
故，滿足以下條件：
5制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 制動盤
制動盤一般用珠光體鑄鐵制成，或用添加等的合金鑄鐵制成。其結(jié)構(gòu)形狀有平板形和禮貌形。制動盤在工作時不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動器的制動盤有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20%-30%，但盤的整體厚度較厚。
制動盤的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時應(yīng)嚴(yán)格控制表面的跳動量，兩側(cè)表面的平行度（厚度差）及制動盤的不平衡量。參考表5.1
表5.1 一些轎車制動盤的表面跳動量、兩側(cè)表面的平行度及不平衡量
車型
表面跳動量/mm
兩側(cè)表面的不平行度/mm
靜不平衡量/N.cm
奧迪、紅旗
0.03
0.01
0.5
云雀
0.05
0.03
1.5
奧拓
1.0
根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定：制動盤兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.008mm,盤的表面擺差不應(yīng)大于0.1mm；制動盤表面粗糙度不應(yīng)大于0.06mm。
本次設(shè)計采用的材料為合金鑄鐵，結(jié)構(gòu)形狀為禮帽形，前通風(fēng)盤，后
5.2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?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接。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(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動油缸。為了減少傳給制動液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動塊的背板?；钊设T鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。為了解決因制動鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動液的熱量的問題，減小了活塞與制動塊背板的接觸面積。
制動鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥，水進(jìn)入制動鉗，位于車軸后則可減小制動時輪轂軸承的合成載荷。
因此本次設(shè)計采用可鍛鑄鐵，整體式、鍍鉻處理，前制動鉗位于車軸后，后制動鉗位于車軸前。
5.3制動塊
制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形，正方形或圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。為了避免制動時產(chǎn)生的熱量傳給制動鉗
而引起制動液汽化和減小制動噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘（或噴涂）一層隔熱減震墊（膠）。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達(dá)極限時的警報裝置，以便及時更換摩擦襯片。本次設(shè)計取襯塊厚度14mm，有隔熱減震墊，有報警裝置。
5.4摩擦材料
制動摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能；制動時不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對人體無害的摩擦材料。
以往車輪制動器采用廣泛應(yīng)用的模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑(由無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)與噪聲消除劑(主要成分為石墨)等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能和其他性能。
表5.2 摩擦材料性能對比
材料
性能
有 機(jī) 類
無 機(jī) 類
制法
編制物
石棉模壓
半金屬模壓
金屬燒結(jié)
金屬陶瓷燒結(jié)
硬度
軟
硬
硬
極硬
極硬
密度
小
小
中
大
大
承受負(fù)荷
輕
中
中-重
中-重
重
摩擦系數(shù)
中-高
低-高
低-高
低-中
低-高
摩擦系數(shù)穩(wěn)定性
差
良
良
良-優(yōu)
優(yōu)
常溫下的耐磨性
良
良
良
中
中
高溫下的耐磨性
差
良
良
良-優(yōu)
優(yōu)
機(jī)械強(qiáng)度
中-高
低-中
低-中
高
高
熱傳導(dǎo)率
低-中
低
中
高
高
抗振鳴
優(yōu)
良
中-良
差
差
抗顫振
-
中-良
中
-
-
對偶性
優(yōu)
良
中-良
差
差
價格
中-高
低-中
中-良
高
高
帶式中央制動器采用編織材料，它是先用長纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織成布，再浸以樹脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其撓性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動蹄或制動帶上。在100℃～120℃溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)(=0.4以上)，沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4～5倍。但耐熱性差，在200℃～250℃以上即不能承受較高的單位壓力，磨損加快。表5-2為不同摩擦材料性能對比。
此次設(shè)計綜合考慮各種材料，采用性能更好、環(huán)保效果更好的半金屬材料。摩擦系數(shù)為f=0.4
5.5 制動輪缸
制動輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需鏜磨。
5.6制動器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)
制動盤與摩擦襯塊之間在未制動的狀態(tài)下應(yīng)有工作間隙，以保證制動盤能自由轉(zhuǎn)動。一般來說盤式制動器的制動間隙為0.1mm-0.3mm（單側(cè)0.05mm-0.15mm）。此間隙的存在會導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙應(yīng)盡量的小?？紤]到制動過程中摩擦副可能產(chǎn)生熱變形和機(jī)械變形，因此制動器在冷態(tài)下的間隙應(yīng)有試驗確定。本設(shè)計制動間隙取為0.2mm。
圖5.2 制動間隙的自調(diào)裝置
1-制動鉗體；2-活塞；3-活塞密封圈
另外，制動器在工作過程中會由于摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制動器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。當(dāng)前，盤式制動器的調(diào)整機(jī)構(gòu)已自動化。一般都采用一次調(diào)準(zhǔn)式間隙自調(diào)裝置。最簡單且常用的結(jié)構(gòu)是在缸體和活塞之間裝一個兼起復(fù)位和間隙自調(diào)作用的帶有斜角的橡膠密封圈，制動時密封圈的刃邊是在活塞給予的摩擦力的作用下產(chǎn)生彈性變形，與極限摩擦力對應(yīng)的密封圈變形量即等于設(shè)定的制動間隙。當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程增大時，在密封圈達(dá)到極限變形之后，活塞可在液壓作用下克服密封圈的摩擦力，繼續(xù)前移到實現(xiàn)完全制動為止?；钊c密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對位移便補(bǔ)償了這一過量間隙。解除制動后活塞在彈力作用下退回，直到密封圈的變形完全消失為止，這時摩擦快與制動盤之間重新回復(fù)到設(shè)定間隙。
6.制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計計算
為了確定制動主缸及制動輪缸的直徑，制動踏板與踏板行程，踏板機(jī)構(gòu)傳動比，以及說明采用增壓或助力裝置的必要性，必須進(jìn)行如下的設(shè)計計算。
6.1制動管路的多回路系統(tǒng)?
為了提高制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作可靠性，保證行車安全，制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙管路的，也就是說應(yīng)將汽車的全部行車制動器的液壓或氣壓管路分成兩個或更多個相互獨(dú)立的回路，以便當(dāng)一個回路發(fā)生故障失效時，其他完好的回路扔能可靠地工作。
圖?6.4?雙軸汽車液壓雙回路系統(tǒng)的五種分路方案
1— 雙腔制動主缸；2—雙回路系統(tǒng)的一個分路；3—雙回路系統(tǒng)的另一個分路?
2— 圖6.4所示為雙軸汽車的液壓式制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的雙回路系統(tǒng)的五種分路方案圖。選擇分路方案時，主要是考慮其制動效能的損失程度，制動力的不對稱情況和回路系統(tǒng)的復(fù)雜程度等。?
3— 圖6.4（a）為前，后輪制動管路各成獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即一軸對一軸的分路型式，簡稱Ⅱ型。其特點(diǎn)是管路布置最為簡單，可與傳統(tǒng)的單輪缸（或單制動氣室）鼓式制動器相配合，成本較低。這種分路布置方案在各類汽車上均有采用，但在貨車上用得最廣泛，這一分路方案若后輪制動管路失效，則一旦前輪制動抱死就會失去轉(zhuǎn)彎制動能力。對于前輪驅(qū)動的轎車，當(dāng)前輪管路失效而僅由后輪制動時，制動效能將明顯降低并小于正常情況下的一半，另外，由于后橋負(fù)荷小于前軸，則過大的踏板力會使后輪抱死而導(dǎo)致汽車甩尾。?
4— 圖6.4(b)為前、后輪制動管路呈對角連接的兩個獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車輪制動器與后橋的對側(cè)車輪制動器同屬一個回路，稱交叉型，簡稱X型。其結(jié)構(gòu)也很簡單，一回路失效時仍能保持50%的制動效能，并且制動力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了制動時與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。此時前，后各有一側(cè)車輪有制動作用，使制動力不對稱，導(dǎo)致前輪將朝制動起作用車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動，使汽車失去方向穩(wěn)定性。因此，采用這種分路方案的汽車，其主銷偏移距應(yīng)取負(fù)值（至20mm），這樣，不平衡的制動力使車輪反向轉(zhuǎn)動，改善了汽車的方向穩(wěn)定性。多用于中、小型轎車。?
5— 圖6.4(c)的左右前輪制動器的半數(shù)輪缸與全部后制動器輪缸構(gòu)成一個獨(dú)立的回路；而兩前制動器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路。可看成是一軸半對半個軸的分路型式，簡稱HI型。?
6— 圖6.4(d)的兩個獨(dú)立的回路分別為兩側(cè)前輪制動器的半數(shù)輪缸和一個后輪制動器所組成，即半個軸與一輪對另半個軸與另一輪的型式LL型。?
7— 圖6.4(e)的兩個獨(dú)立的回路均由每個前、后制動器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個軸對前、后半個軸的分路型式，簡稱HH型。這種型式的雙回路系統(tǒng)的制動效能最好。?
8— HI、LL、HH型的結(jié)構(gòu)均較Ⅱ型、X型復(fù)雜，綜合以上各個管路的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計最終選用X型回路系統(tǒng)。
6.2液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算
制動輪缸對制動蹄或制動塊的作用力P與輪缸直徑及制動輪缸中的液壓P有如下關(guān)系：
（6.1）
式中：——考慮制動力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或管路液壓，= 8～12MPa。本設(shè)計制動輪缸液壓取
對于P 因為 =2f 則，另外由公式（4.7）。經(jīng)受力分析可知單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力N應(yīng)等于制動輪缸對制動塊的作用力P。所以，又因為制動器對前后輪的最大制動力矩為已知。
求得前軸 ， 后軸，帶入公式（6.1）
則
制動管路液壓在制動時一般不超過10～12MPa，對盤式制動器可再高些。壓力愈高輪缸直徑就愈小，但對管路特別是制動軟管及管接頭則提出了更高的要求，對軟管的耐壓性、強(qiáng)度及接頭的密封性的要求就更加嚴(yán)格。
根據(jù)GB7524-87輪缸直徑應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選取，輪缸直徑的尺寸系列為：14.5，16，17.5，19，22，24，25,28，30，32，35，38，40，45，50，55mm。
故在本設(shè)計中前軸輪缸直徑選為46mm， 后軸輪缸直徑選為30mm
一個輪缸的工作容積：
（6.2）
式中：——一個輪缸活塞的直徑；
n——輪缸的活塞數(shù)目；
——一個輪缸活塞在完全制動時的行程：在初步設(shè)計時，對鼓式制動器可取=2～2.5mm。（取=2.5mm）
——消除制動蹄(制動塊)與制動鼓(制動盤)間的間隙所需的輪缸活塞行程，對鼓式制動器約等于相應(yīng)制動蹄中部與制動鼓之間的間隙的2倍；
——因摩擦襯片(襯塊)變形而引起的輪缸活塞行程，可根據(jù)襯片(襯塊)的厚度、材料彈性模量及單位壓力計算；
，——鼓式制動器的蹄與鼓之變形而引起的輪缸活塞行程，試驗確定。
全部輪缸的總工作容積
（6.3）
式中：m——輪缸數(shù)目。在本設(shè)計中取m=4；
求：
全部輪缸的工作容積
主缸的直徑應(yīng)符合系列尺寸，主缸直徑的系列尺寸為：14.5，16，17，19，20.5，22，26，28，32，35，38，42，46mm。
制動主缸應(yīng)有的工作容積 （6.4）
式中：——制動軟管在液壓下變形而引起的容積增量。
——全部輪缸的總工作容積。
在初步設(shè)計時，考慮到軟管變形，轎車制動主缸的工作容積可取為；
將V=11.84ml代入（6.4）得：
主缸活塞直徑和活塞行程可由下式確定：
（6.5）
一般=（0.8～1.2） ，取=0.8
代入（6.5）得：
查制動主缸直徑標(biāo)準(zhǔn)，在本設(shè)計中取=28mm，=22.4mm
制動踏板力的驗算公式：
（6.6）
式中： ——主缸活塞直徑；
——制動管路的液壓；
——踏板機(jī)構(gòu)傳動比，，一般為2～5；（在本設(shè)計中取4）
——踏板機(jī)構(gòu)及制動主缸的機(jī)械效率， 0.85～0.95。取0.95
根據(jù)上式得：
所以需要加裝助力器
式中： I——真空助力比，取4。
=1943/4=486N<500N-700N
符合要求。
制動踏板的工作行程為：
（6.7）
式中：——主缸中推桿與活塞間的間隙；（取=2mm）
——主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。（取=1.0mm ）
將代入（6.7）中得：
踏板全行程對轎車不應(yīng)超過100mm-150mm，對貨車不應(yīng)該超過170mm-180mm，符合設(shè)計要求。
為了提高汽車的行駛安全性，根據(jù)交通法規(guī)的要求，一些轎車的行車制動裝置均采用了雙回路制動系統(tǒng)。雙回路制動系統(tǒng)的制動主缸為串列雙腔制動主缸，單腔制動主缸已被淘汰。
轎車制動主缸采用串列雙腔制動主缸。如圖6.5所示，該主缸相當(dāng)于兩個單腔制動主缸串聯(lián)在一起而構(gòu)成。儲蓄罐中的油經(jīng)每一腔的進(jìn)油螺栓和各自旁通孔、補(bǔ)償孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔內(nèi)產(chǎn)生的油壓，分別經(jīng)各自得出油閥和各自的管路傳到前、后制動器的輪缸。主缸不制動時，前、后兩工作腔內(nèi)的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔內(nèi)各自得旁通孔和補(bǔ)償孔之間。
當(dāng)踩下制動踏板時，踏板傳動機(jī)構(gòu)通過制動推桿推動后腔活塞前移，到皮碗掩蓋住旁通孔后，此腔油壓升高。在液壓和后腔彈簧力的作用下，推動前腔活塞前移，前腔壓力也隨之升高。當(dāng)繼續(xù)踩下制動踏板時，前、后腔的液壓繼續(xù)提高，使前、后制動器制動。
圖6.5 制動主缸工作原理圖
撤出踏板力后，制動踏板機(jī)構(gòu)、主缸前、后腔活塞和輪缸活塞在各自的回位彈簧作用下回位，管路中的制動液在壓力作用下推開回油閥流回主缸，于是解除制動。
若與前腔連接的制動管路損壞漏油時，則踩下制動踏板時，只有后腔中能建立液壓，前腔中無壓力。此時在液壓差作用下，前腔活塞迅速前移到活塞前端頂?shù)街鞲赘左w上。此后，后缸工作腔中的液壓方能升高到制動所需的值。若與后腔連接的制動管路損壞漏油時，則踩下制動踏板時，起先只有后缸活塞前移，而不能推動前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液壓。但在后腔活塞直接頂觸前缸活塞時，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液壓而制動。
由此可見，采用這種主缸的雙回路液壓制動系，當(dāng)制動系統(tǒng)中任一回路失效時，串聯(lián)雙腔制動主缸的另一腔仍能工作，只是所需踏板行程加大，導(dǎo)致汽車制動距離增長，制動力減小。大大提高了工作的可靠性。
7制動性能分析
汽車的制動性是指汽車在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車速至停車或下長坡時能維持一定車速的能力。
汽車制動性能主要由以下三個方面來評價：
1）制動效能，即制動距離和制動減速度；
2）制動效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能；
3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。
制動效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度。制動效能是制動性能中最基本的評價指標(biāo)。制動距離越小，制動減速度越大，汽車的制動效能就越好。
1）制動減速度
制動系的作用效果，可以用最大制動減速度及最小制動距離來評價。
假設(shè)汽車是在水平的，堅硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動力是由制動器產(chǎn)生。此時
（7.1）
其中——汽車最大制動力矩
——車輪有效半徑
m——汽車滿載質(zhì)量
求得 轎車制動減速度應(yīng)在5.8—7m/s,所以符合要求。
若考慮，該設(shè)計以設(shè)計。故時，
時，
2） 制動距離S
制動距離直接影響著汽車的行駛安全，由下式?jīng)Q定：
（7.2）
式中：——制動機(jī)構(gòu)滯后時間，即踩下制動踏板克服回位彈簧力并消除制動蹄片制動鼓間的間隙所需時間，s；
——制動器制動力增長過程所需時間，s；
——制動器的作用時間，一般在之間；
——制動初速度，。
取30km/小時。S=7.3m
理論符合要求，具體應(yīng)以實驗為準(zhǔn)。
制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。因為制動過程實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時的制動效能，已成為設(shè)計制動器時要考慮的一個重要問題。本設(shè)計均采用了浮動鉗盤式制動器，正是考慮到了其制動效能的恒定因素，尤其是前制動盤選用了通風(fēng)式的，這大大提高了制動效能的恒定性。
結(jié)論
為了提高汽車的安全性、穩(wěn)定性以及舒適性，該款商務(wù)車制動器設(shè)計經(jīng)過理論和實際分析，前后車輪均采用了浮動鉗盤式制動器；主缸選用了串聯(lián)雙腔的液壓主缸；制動管路采用X型雙管路制動系統(tǒng)。由計算可知人力無法滿足制動力的要求，所以加裝了真空助力器。采用的駐車制動滿足國家對汽車駐車坡度的要求，其他相關(guān)評價指標(biāo)也完全符合?？傮w來看，該商務(wù)車制動系統(tǒng)經(jīng)理論驗證基本達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。?
?
此次畢業(yè)設(shè)計可以說在某種程度上是一種嘗試，通過查閱大量的有關(guān)汽車制動系統(tǒng)資料后，使我學(xué)到了很多有關(guān)制動系統(tǒng)的相關(guān)知識，了解了時下一些汽車的制動器類型及原理，在現(xiàn)代各種中高檔轎車、商務(wù)車領(lǐng)域，盤式制動器有逐漸取代鼓式制動器的趨勢，尤其是浮動鉗盤式，比如：廣本奧德賽、別克陸尊、一汽奔騰等，這也是該設(shè)計前后輪均選擇浮鉗盤式制動器的原因，畢竟盤式制動器相對于鼓式制動器更優(yōu)越。另外本次設(shè)計的商務(wù)車屬于后驅(qū)，前驅(qū)和后驅(qū)對于制動器如何裝配有所不同，當(dāng)今后驅(qū)轎車主要有：豐田銳志、寶馬3系5系、奔馳C級E級，凱迪拉克SLS以及別克林蔭大道。這些資料對我設(shè)計的課題起到了十分重要的作用。總的來說，此次設(shè)計對我四年的學(xué)習(xí)進(jìn)行了一次復(fù)習(xí)與檢驗，為我以后從事汽車行業(yè)起到了一定的鋪墊作用。
致謝
轉(zhuǎn)眼間，近一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，畢業(yè)設(shè)計是專業(yè)教學(xué)計劃中的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是理論聯(lián)系實際，實踐性很強(qiáng)的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。通過這樣的一個教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)學(xué)生能夠獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)的知識與技能解決本專業(yè)范圍內(nèi)一項有實際意義的設(shè)計制造、科研實驗、生產(chǎn)管理等課題；另一方面也是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，獨(dú)立解決問題的能力，為畢業(yè)后參加工作打下良好的基礎(chǔ)。??
在設(shè)計期間遇到了很多具體問題，通過老師和同學(xué)們的幫助，這些問題得以即時的解決。特別要感謝王鐵老師對我的指導(dǎo)，讓我學(xué)到了知識，掌握了設(shè)計的方法，也獲得了實踐鍛煉的機(jī)會。在我遇到困難的時候王鐵老師總是能耐心的幫我解答，并且?guī)胰⒂^實物，拆裝制動器，了解其結(jié)構(gòu)及工作原理，為我能順利完成畢業(yè)設(shè)計提供了非常必要的幫助。在此對王鐵老師的幫助表示最誠摯的謝意。另外感謝在這四年中我的其他任課老師，是你們讓我在四年的時間里上升了一個層次。最后感謝我的學(xué)校理工大學(xué)，是理工大學(xué)給了我這個優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境。??
進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計后，離畢業(yè)的日子也就不遠(yuǎn)了，能夠圓滿完成畢業(yè)設(shè)計是我們所有畢業(yè)生