制动器设计
⽬录
第1章设计任务 (1)
1.1设计依据 (1)
1.2设计条件 (3)
第2章制动器的⽅案分析及选择 (4)
2.1汽车制动器结构⽅案分析 (4)
2.2制动器设计的⼀般原则 (6)
2.2.1制动驱动机构的选择 (6)
2.2.2制动管路的选择 (6)
第3章制动器设计与校核 (9)
3.1盘式制动器主要元件 (9)
3.1.1制动盘 (9)
3.1.3制动块 (9)
3.1.4摩擦材料 (10)
3.1.5制动器间隙 (10)
3.2同步附着系数的选取 (10)
3.3制动器效能因数 (12)
3.4制动器受⼒分析与⼒矩计算....................................... 错误！未定义书签。
3.4.1制动受⼒分析........................................................ 错误！未定义书签。
3.4.2制动⼒矩的计算.................................................... 错误！未定义书签。
3.5摩擦衬块的摩擦特性................................................... 错误！未定义书签。
3.6制动器的热容量和温升的核算................................... 错误！未定义书签。设计⼩结................................................................................. 错误！未定义书签。参考⽂献.................................................................................错误！未定义书签。
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。
①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。
②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。
汽车制动器第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—20 mm之间）3.1.2制动钳
制动钳由可锻铸铁KT H370—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：
G F F f f ?=+21 (3-1)
11z f F F ?= (3-2)
22z f F F ?= (3-3)
式中： G ——重⼒
21f f F F 、——前、后制动⼒
21z z F F 、——地⾯对前、后轮法向反作⽤⼒
将： ()L h l G F g z /21?+=
()L h l G F g z /12?+=代⼊
得：
()+-+=1212
222//421f g f g g f F h Gl G LF h l h G F (3-4) 简化得： ()L GHg L G G //2??-- (3-5) 式中： L ——轴距
1l ——汽车质⼼距前轴距离
2l ——汽车质⼼距后轴距离
—
—附着系数