班级：车辆122                姓名：张传治
论文题目
车用盘式制动器设计
一、选题背景和意义：
在汽车的整体结构中，制动系统是保证行车安全极其重要的一个组成部分，因为制动系统既可以使行驶中的汽车减速，又要保证驻车时汽车在原地停留不得移动。由此可见，汽车的制动系统对于汽车的行驶安全、驻车安全和运输经济效益有十分重要的作用。
随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，汽车制动系的工作可靠性日益重要。因此，许多制动法规对制动系提出了许多详细而具体的要求。所以本设计具有一定的实际应用意义。
在国内外的盘式制动器研究中，早期侧重于试验研究其摩擦特性，随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高，有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行,如摩擦机理的研究、制动噪声的分析，这些都为盘式制动器结构的改进和优化提供了理论依据，另外现代汽车盘式制动器的研究和开发应注重的问题主要是,提高制动器的制动效能、防止尘污和锈蚀,减轻重量、简化结构、降低成本,电子报警和智能化系统的发展,实用性更强与寿命更长。
目前，在中高级轿车上前后轮都已经采用了盘式制动器。不过，时下还有不少经济型轿车采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器（即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器），这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为轿车在紧急制动时，负荷前移，对前轮制动的要求比较高，一般来说前轮用盘式制动器就够了。在货车上，盘式制动器也有被采用，但离完全取代鼓式制动器还有相当长的一段距离，比如说大部分轿车、微型车、轻卡、SUV 及皮卡等采用前盘后鼓式混合制动器。但随着高速公路等级的提高,乘车档次的上升,特别是国家安全法规的强制实施, 前后轮都用盘式制动器将是一种趋势。
此次设计是针对轿车前式制动器进行研究，根据查询的车型制动器相关资料、规范和技术标准，对制动器进行结构分析、设计计算等，最后利用AutoCAD制图软件、UG三维设计软件完成图形的制作。通过所选车型的参数、结合实验室离合器实物、查阅文献以及必要的软件操作来进行盘式制动器的设计和计算，使所设计的制动器有足够的制动效能，工作可靠，在任何速度下制动时不丧失操纵性和方向稳定性，防止水和污泥进入制动器工作表面，制动能力的热稳定性良好，操纵轻便，制动噪声小，作用滞后性尽可能好，摩擦衬片有足够使用寿命，有合适的自动调整间隙机构且结构简单。
在设计过程中可以参观学院实验室的盘式制动器的实物，这样使设计不用繁琐复杂。
二、课题关键问题及难点
1.根据设计原始参数进行必要参数的设计计算。
2.根据制动器的必要参数对制动器进行整机机构稳定性计算、尺度设计计算、截面设计计算、工艺设计计算。
3.根据设计尺寸绘制结构机构部件图与零件图。
4.根据设计尺寸绘制制动器装配图。
5.根据制动器的尺寸，在CATIA中建立制动器的三维立体模型。
6.在CATIA 中建立的三维立体模型导入有限元分析软件ABAQUS。采用ABAQUS软件模块进行有限元分析。
三、调研报告（文献总述）
1. 国内外汽车制动器的研究发展现状
1） 国外汽车制动器的发展现状
国外汽车研发机构经过多年的研究实验，气压盘式制动器在所有的制动性能方面的表现均优于传统的鼓式制动器，并且广泛应用在新式载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上都广泛使用了气压盘式制动器总成。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比，在制动性能等方面有明显的优势，主要表现在以下三个方面：?
制动力和安全性：在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大，但盘式制动器在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。但在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。比如汽车长距离下坡过程中，盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全因数有着很大的差别。
结构和成本：盘式制动器系统包括盘、衬垫、缸和卡钳，其零件数少于鼓式制动器系统，同类车型相比其总成的总质量比鼓式制动器低18%。盘式制动器总成可以作为一个完整的部件送到车桥装配线。
维修保养：盘式制动器的整套操作机构密封在外壳中，经润滑以延长其寿命。所以盘式制动器几乎是无需维修的，维修主要是更换磨损零件，即衬垫和盘。而且，更换衬垫所需的时间也比更换鼓式制动器材套所需的时间少80%。这意味着不仅可以节省维修成本，还能大大缩短了维修保养的时间。
电子制动控制系统（EBS）：盘式制动器由于采用简单且相当成熟的操作机构，因而具有特别高的效率。其提供的制动灵敏性使EBS系统能够实现一些强而有效的控制作用，用以缩短制动距离，提高车辆的稳定性和磨损率。盘式制动器在响应方面的特性，表现在每个车轮制动相差很小，每个车轴的左右车轮之间的磨损分配均匀。[9]
2）国内制动器的研究现状
国内的汽车工业水平要比发达国家汽车工业水平落后二十年，那么制动器实验技术也就相对的落后了。但随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，以及对国外先进技术的消化吸收和自护创新，我国的制动器实验技术也去的了巨大的进步，特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。[2]
??在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前式制动，后车轮鼓式制动。因汽车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。但随着高速公路等级的提高，前后轮都用盘式制动器是趋势。
在市场竞争日益激烈的今天，汽车零部件企业如果不能及时开发出自己的新产品以适应市场的需求，那将有被淘汰的危险。为了提高产品设计质量，缩短产品开发周期，节约生产成本，增强企业的市场竞争力，非常重要的一环就是大力改进企业的设计技术手段。先进的设计手段必须以先进的设计理念为前提。[8]
2. 汽车制动系统的类型
1）按制动系统的作用分类
制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。上述各制动系统中，行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。【7】
2）按制动操纵能源分类
制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。
以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统。【3】
3）按制动能量的传输方式分类
按制动能量的传输方式，制动系统又可分为机械式、液压式、气压式和电磁等。同时采用两种以上传能方式的制动系，可称为组合式制动系。
3. 汽车制动器应满足的要求
1.具有足够的制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好的路面上能可靠的停驻的最大坡度来评定的。
2.工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动系统的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定的30%。行车和驻车装置可以有共同的制动器，但驱动机构应各自独立。
3.在任何速度下制动时，汽车都不应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.制动能力的热稳定性良好。
6.操纵轻便，并具有良好的随动性。
制动时，制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。
7.作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始制动至达到给定的制动效能所需的时间来评级。
8.摩擦衬片应有足够的使用寿命。
9.摩擦副磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。
10.当制动驱动装置的任何原件发生故障并使其基本功能遭到破坏时，汽车制动系应有声音或光信号等报警提示。【10】
4.盘式制动器按制动钳机构的不同分为固定钳式和浮动钳式。
  固定钳式进行制动时，制动钳固定不动，制动钳两侧的液压缸中的制动块向盘面进行移动。
  浮动钳式又分为滑动钳式和摆动钳式。
  滑动钳式，制动钳可以相对于制动盘作轴向滑动，其中只在制动盘的内测置有液压缸，外侧的制动块固定在钳体上。
  摆动钳式，单侧液压缸结构，制动钳体与固定在车轴上的支座铰接。为实现制动，钳体不是滑动而是在于制动盘垂直的平面内摆动。
4. 盘式制动器的优缺点
优点：热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向有关；制动力矩与汽车的运动方向无关；易于构成双回路制动系是系统具有较高的可靠性和安全性；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损比较均匀；更换称快更简单容易；衬块与制动盘之间的间隙小；易于实现间隙自动调整。
缺点：难以完全防止尘污和锈蚀。兼以驻车制动器时，所需附加的手动驱动机构比较复杂；在制动驱动机构中必须装助力器；衬块的工作面积小，磨损快，使用寿命低，需要高材质的衬块。
主要参考文献：
1. 史文库主编.现代汽车新技术[M].北京：国防工业出版社,2005.
2. 龚微寒主编.汽车现代设计制造[M].北京：人民交通出版社,1995.
3. 《汽车工程编写组》编辑委员会.汽车工程手册设计篇[M]. 北京：人民交通出版社 ,2001.
4. 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册制造篇[M]. 北京：人民交通出版社.
5. 陈家瑞主编,汽车构造 [M]. 北京：人民交通出版社，1997.
6. 余志生主编,汽车理论 [M]. 北京：机械工业出版社，2000.
7. 方泳龙.汽车制动理论与设计[M]. 北京：国防工业出版社,2005
8. 张静双. 《基于知识的汽车制动器设计专家系统的研究与开发》[J].重庆大学.2003
9.孟少农.汽车设计方法论[M].北京:机械工业出版社.1992
10.王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2014
以及相应其他中英文期刊资料与设计手册教材专着等
四、方案论证
1.根据设计原始参数进行必要参数的设计计算。
2.根据制动器的必要参数对制动器进行整机机构稳定性计算、尺度设计计算、截面设计计算、工艺设计计算。
3.根据设计尺寸绘制结构机构部件图与零件图。
4.根据设计尺寸绘制制动器装配图。
5.根据制动器的尺寸，在CATIA中建立制动器的三维立体模型。
6.在CATIA 中建立的三维立体模型导入有限元分析软件ABAQUS。采用ABAQUS软件模块进行有限元分析。
五、进度安排
3-4周：学习相关标准、规定；完成文献翻译，调查研究、文献检索与综述、开题报告；
汽车制动器5-6周：熟悉工况条件及设计流程；
7-8周：总体方案的构思、分析、比较与确定；
9-10周：具体零部件的设计、材料选型与强度校核；
11-12周：绘制总图（CAD）；设计说明书提纲
13-14周：绘制零件图（CAD）；整理、检查、修改绘图；
15-16周：整理撰写毕业设计说明书；整理全部设计文档；准备答辩。
六、指导教师意见：
                    签字：              年    月    日
七、教研室（或开题审查小组）意见：
                    签字：              年    月    日