汽车盘式制动系统结构设计说明

. 毕 业 设 计（说明书）届题 目汽车盘式制动系统结构设计专 业机械设计制造及其自动化 学生学 号指导教师论文字数14700完成日期2011年5月8日汽车盘式制动系统结构设计摘 要：本设计主要根据汽车（针对一般轿车）盘式制动的特点，对制动系统结构进行进一步的研究和设计。首先通过查阅相关的文献资料，我了解了汽车盘式制动系统的工作原理。根据其工作原理，设计合适的零部件结构或选择已有的零部件，组成一个可循环实现的制动系统，从而提出能实现制动效果的若干可行方案，并且通过比较，选择出最佳的研究方案。本文主要实现盘式制动系统的整体液压传动原理，分别对制动钳的设计，制动管路的分布方式，主油缸的设计进行详细的论述,并且通过计算和校核，验证是否能达到良好的制动效果和强度。关键词：液压传动；制动钳；制动管路；主油缸Automotive Braking System DesignAbstract:This design is mainly based on the car (to general characteristics of car) for disc brake system structure, further research and design. First, by consulting relevant literature material, I have understood cardisc brake system principle of work. According to the working principle, this paper will design the right parts structure or choose existing components, form a circulating brake system, and then puts forward some braking effect can realize the feasible scheme, and through comparing, choose the best research plan. This paper mainly realizes disc brake system whole hydraulic transmission principle and detailed discussing the design of brake caliper, brake pipe distribution mode, the design of main oil cylinder and through calculation and checking, whether can achieve good validation braking and. strength.Key words: hydraulic transmission; brake caliper; distribution mode; master cylinder.目录第1章绪论11.1 课题背景11.2 课题研究意义11.3 研究课题的选择21.4 现状及发展趋势21.5 本章小结3第2章总体方案的确定42.1 设计容4设计任务4设计要求42.2 设计方案5制动钳的方案选择5制动总泵的方案选择6制动管路的方案选择7第3章盘式制动器主要部件的设计93.1 制动盘的设计9制动盘的直径9制动盘的厚度9制动盘的材料93.2 制动卡钳的设计93.3 制动块的设计93.4制动钳活塞回位设计10第4章制动系统的设计计算124.1 制动系统的主要技术参数124.2 制动系统的主要计算12同步附着系数的确定和制动力分配系数的计算12前后轴车轮制动器制动力的计算12前后轴制动器制动力矩的计算144.3 制动器因数154.4 制动器液压驱动机构设计计算15制动轮缸直径的确定与工作容积的计算15制动主缸直径确定和工作容积的计算16第5章校核175.1 管路压力校核175.2 制动踏板行程校核175.3 制动踏板力校核185.4 制动距离校核185.5 摩擦衬片的磨损特性计算校核185.6 回位弹簧刚度强度的校核19根据工作条件选择材料并确定许用应力20根据强度条件计算弹簧钢丝直径20根据刚度条件，计算弹簧圈数20验算205.7 驱动轴的强度校核21轴的强度校核21花键连接强度计算22第6章总结23参考文献24致25附录图纸列表2625 / 30第1章 绪论1.1 课题背景制动器是汽车制动系统中真正使汽车停止下来的部件，现代汽车的制动装置一般有以下要求：1、以较短的距离实现制动；2、具有稳定的制动效果；3、制动装置具备足够的强度，且耐久性良好；4、检测方便，更换起来不复杂；因此制动系统的良好设计有利于提高汽车的整体性能。针对以上要求，一般汽车的制动系统多采用盘式制动器和鼓式制动器相结合，即汽车的前轮上装盘式制动器，后轮装上鼓式制动器，有些汽车四个车轮上都装有盘式制动器，可见盘式制动器的普及相当的迅速。利用盘式制动器能提高汽车主动安全性，并且较好的解决了制动噪音污染、维修频繁、易受粉尘污染等鼓式制动器无法解决的问题1。根据不同的工作方式和使用目的，盘式制动系统又可以分气压式、液压式、和复合式2。目前的轿车一般都采用液压式制动器，一般只有装载质量在8千克以上的载货汽车和大客车才使用气压式制动系统。盘式制动器由液压控制，制动力通过真空助力器把力放大，传递到主油缸处，主油缸产生的液压再传递到制动器上，最后实现制动。主要涉及到的零部件有制动盘、制动块、制动钳、活塞等。为了降低制动盘工作时的温度，现在的制动盘都是有通风设计的，即径向叶片设计，并且在制动卡钳、制动总泵，管路分布设计等方面不断更新，改善。总之，作为一种新的制动部件，盘式制动器正越来越广泛地应用于轿车、客车、重型载货车上，因此具有广阔的市场前景。1.2课题研究意义在间断制动状态下，盘式与鼓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。在长距离的坡路上驶下，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。由于盘式制动器与鼓式制动器相比较有很大的优势，所以现在盘式制动器的应用非常普及3。与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点具体如下：（1）稳定性好。制动块作用于制动盘的单位压力高，容易将沾附在制动块上的水挤出，车轮转动时产生的离心力能将沾水甩出，再加上制动块对制动盘的擦拭作用，制动器出水后只需经一两次制动即能恢复正常；而鼓式制动器就比较麻烦，需要经过十几余次制动才能恢复正常的制动效果。另外由于盘式制动器的制动力矩与其制动油缸的活塞推力及摩擦系数成线性关系，同时无自行增势作用，因此在制动过程中制动力矩增长较和缓，与鼓式制动器相比，能保证制动的稳定性。（2）散热性好。因为摩擦衬块的尺寸不大，其工作表面面积仅为制动盘表面面积的15%左右，再加上制动盘采用通风设计，故散热性好。（3）盘式制动器的结构尺寸和质量比鼓式制动器的要小。（4）盘式制动器的摩擦衬块比鼓式制动器的摩擦衬块在磨损后更易更换，结构也较简单，维修、保养也容易。（5）制动盘与摩擦衬块间的间隙小，缩短了油缸活塞作用制动块的时间。（6）易于构成多回路制动驱动系统，使系统具有较好的安全性，以保证汽车在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳安全地制动。（7）制动块上安装磨损报警装置，提示摩擦衬块磨损至极限，以便能及时地更换摩擦衬块，如图1-1所示，当摩擦衬块3磨损到极限时，警告片2就会和制动盘4摩擦到而发出巨响，提醒车主该更换制动块了。1警告片 2背板 3摩擦衬块 4制动盘图11 盘式制动器的报警装置但是盘式制动器还是存在一些缺陷的，比如难于完全防止尘污和锈蚀，挤压制动片的作用力必须较大，制动片磨损快等，所以进一步研究并完善盘式制动是非常有必要的，研究这个项目，是为了了解汽车盘式制动器的结构，从中得到相关知识，掌握机械设计的过程和原理，并把自身所学应用到实际的设计中，也是一次对大学四年所学知识的回顾。1.3 研究课题的选择汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统,它是制约汽车运动的装置。而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关健装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。所以对制动系统的研究和改进是当务之急。因此，我选择盘式制动器的结构设计作为研究对象，通过自己的研究体会设计的过程，同时增强对专业知识的掌握。1.4现状及发展趋势21世纪的盘式制动器的制动盘与以往有所不同，盘上开了许多小孔，不仅起到加速通风散热和提高制动效率的作用，而且也减轻了制动盘的质量4。制动盘上联接着制动钳，其构造又可分为定钳盘式和浮钳盘式。制动主油缸是将制动踏板的踩踏力转换为液压的装置，其种类还包括利用一个活塞的单制动总泵和利用串联两个活塞串联的式制动主油缸。另外在制动盘制动块方面，许多汽车公司进行了设计和改进，比如SABWabco公司设计的脉状通风设计盘5和VOLVO汽车公司设计的目测磨损指示器6。从理论上来说，用制动盘和卡钳作为制动器的重要部分已经有是很成熟的技术了，要想开发新型制动系统，就要在制造工艺和材料上下手7。由于交变应力及热应力的作用, 制动盘表面也容易产生表面疲劳磨损8，所以提高制动盘的硬度，才能获得了较好的效果。保时捷公司率先把瓷制动盘工艺引用到了实际产车中，而奥迪公司研发的新型瓷制动盘已成为奥迪部分车型的选配装置9。瓷制动盘,准确地说是用碳纤维材料制造的制动盘。然后在其表面用热处理工艺渗入进去一些瓷分子，这一系列的工艺都是在高温下进行的，因此它的耐热性非常好，而其表面又渗有一层高科技瓷，所以表面的耐热程度也比普通金属制动盘更高，这样使用寿命也就更长了。配合钻孔、划线，让整套制动系统的性能更加优越。所以瓷材料会是将来制动盘的主打材料10。再如电子制动系统如ABS的需求作用日益明显131415。原来ABS只用于高级轿车上，现在已经普及到中级轿车，今后几年，在国也将成为普通轿车的标准配置。对传统汽车制动系统产品来说，“低端轿车高配置”将是现在市场需求的一种新特点。1.5 本章小结盘式制动器不仅重量轻，构造简单，调整方便，更适应汽车在连续运转、高温、高负载的情况下对制动性能要求，而且降低了材料、能量的消耗，提高了汽车的操作性和舒适性，并且针对一些不足之处，正在努力改进，努力研发，以达到延长制动器使用寿命的功效。可以说未来几年盘式制动器将会越来越完善，在国也将会得到快速的推广和应用14。结合上述对盘式制动系统的研究和分析，我需要做的工作是对盘式制动的结构进行完整的设计，从传递制动力开始直到完成制动作用，再到解除制动。主要研究的方案集中在制动钳的设计，主油缸的设计，管路的分布设计及部分零件的设计，如制动盘，制动块，活塞等。通过多种方案的探讨，确定一套最好的研究方案，根据其发展趋势试图设计出能使其提高制动效能、防止生锈和粘污、减轻重量、简化结构、降低成本、实用性更强与寿命更长的结构。第2章 总体方案的确定2.1 设计容本次设计的主要目标是进一步研究盘式制动系统的传动原理，并在此基础上得到相关的可行的改进方案，通过比较筛选，挑选最佳的方案进行研究，以获得最理想的制动效果。总体说来必须符合以下容：1、实现循环的制动操作；2、制动效能稳定；3、设计的机构简单；4、符合实际。 主要的研究容是整个盘式制动系统的传动原理，即借助零部件，机构等完成制动全过程的方法。制动器的设计，主油缸的设计，制动管路的分布方式。制动器的设计直接影响制动效果的发挥，主油缸的设计也关乎制动性能，更涉及人们的生命安全，不同制动管路的分布起到不同的制动效果，我们需要设计出一种保护乘用人的生命安全的最佳的分布方式。盘式制动的工作原理1516（如图2-1所示）：制动盘6固定在轮毂轴承装置上，随着轮毂轴承一起转动；制动卡钳4固定在制动器的底板上；制动卡钳4上的两个制动块5分别装在制动盘6的两侧。刹车时，将施加到制动踏板1的力通过真空助力器2传递给制动主油缸3，在制动总泵3产生液压，该液压通过制动液管再传递给各个车轮的制动分泵（即制动卡钳4），通过挤压各个车轮分泵的活塞将制动块4压向制动盘6，利用摩擦力获得制动力，当松开制动踏板1后，制动主油缸3的活塞在回位弹簧的作用下回复到原来的位置，油管和主油缸里的压力消失，制动块5和制动钳4也回位，摩擦力消失，制动解除。1-制动踏板 2-真空助力器 3-制动主油缸 4-制动钳 5-制动块 6-制动盘，7-制动鼓 8-制动衬片 9-制动蹄图2-1 盘式制动系统结构工作原理图2.1.2 设计要求在设计过程中必须要求：1、设计尺寸必须符合实际；2、必须在保证乘车人员生命安全的条件下进行改善；3、运用恰当的方法进行设计。2.2 设计方案设计方案的确定是依照已经存在的盘式制动形式，进行进一步的设计和材料的选用更新，以达到更好的制动效果。整个盘式制动系统主要由制动主缸和制动器构成，制动器上又有活塞和制动片，通过它们和制动盘之间的相互作用来起到循环的制动和解除制动作用。 制动钳的方案选择制动钳存在于盘式制动器上，汽车在行驶过程中，制动盘随着车轮转动，制动钳是固定不动的，当制动时，制动钳夹住制动盘完成制动作用。按摩擦副中的固定摩擦元件的结构来分，盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。（1）钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块，制动块装在卡钳支架，旋转的制动盘夹在两块制动块之间，制动盘是用螺栓固定在轮毂上。这种制动器结构简单，质量小，散热性好，借助制动盘的离心力作用可以将泥水污物等甩掉，维修也方便。但因摩擦衬块的面积较小。制动时其单位压力很高，摩擦面的温度较高，因此，对摩擦材料的要求也较高。按制动钳的结构型式，钳盘式制动器可分为定钳式和浮钳式，他们有各自的优缺点。定钳式制动器（如图22所示）：这种制动器在制动钳体上有两个液压油缸，各装有一个或两个活塞，利用活塞直接挤压制动片，获得的力较均衡，使用可靠性较强。一般用在跑车和大型车辆上。不过这种制动器的结构尺寸较大也比较复杂，布置也较困难，需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高，制动产生的热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果，也容易使盘两侧刹车片磨损不一致。1回位弹簧 2制动钳体 3导向支撑销 4活塞 5制动块 6-制动盘图22 固定钳盘式制动器浮钳式制动器（如图23所示）：制动时在主油缸产生的油液压力通过油管传递到了制动钳处的轮缸处，推动里面的活塞，再使活塞推动该侧活动的制动块，制动块压向制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块的受力均等为止，制动钳和导向销和卡钳支架连接在一起，可以在其上移动。这种制动器仅需在盘的一侧装油缸，结构简单，造价便宜，易于布置。一般轿车都选用这种结构。图23浮动钳盘式制动器（2）全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形，制动时各盘的摩擦表面全部接触。这种制动器的散热性能极差，结构也复杂，现在的轿车基本都不采用这种制动方式，可以说这种制动器已经被淘汰，其结构如图24所示。图24 多片全盘式制动器通过比较，本设计确定浮钳盘式制动器为设计对象，通过设计进一步了解其部结构。制动钳的布置可以在车轴之前或之后，制动钳位于轴前可避免轮胎向钳甩溅泥水污物，位于轴后则可减小制动时轮毂轴承的径向合力。 制动总泵的方案选择制动总泵也叫作制动主油缸，它是将制动踏板的踩踏力转换为液压的装置，其种类包括利用一个活塞的单制动总泵和利用串联两个活塞的串联式制动总泵。一般地，串联制动总泵将液压系统分成前轮与后轮，或右前轮与左后轮和左前轮与右后轮两个系统独立工作。现在的小轿车中几乎都采用这样的配置。（1）单制动总泵（如图2-5所示）：现在已经几乎不被采用，因为如果液压系统中一个地方系统液泄漏，那么整个车轮的制动将会失效，因此在前轮与后轮的制动液管之间，分别设置一个安全缸，这样，即使其中一个发生泄漏，马上切断该系统的油路，另一套液压系统也能正常工作，那么制动总泵就能确保它的安全性。图25 单制动总泵(2)串联式制动总泵：该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成。储油罐中的油流入主缸的前、后腔，在主缸前、后工作腔产生的油压，分别经各自得出油阀和各自的管路传到前、后制动器的轮缸。主缸不制动时，前、后两工作腔的活塞头部与活塞皮碗正好位于前、后腔各自得旁通孔和补偿孔之间。当踩下制动踏板时，先是制动踏板传动机构通过制动推杆推动后腔活塞前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此空间油压升高。然后在液压和后腔弹簧力的作用下，推动前腔活塞前移，前腔压力也随之升高。接着当继续踩下制动踏板时，前、后腔的液压继续提高，最后使前、后制动器制动。这种类型的制动总泵通过两个活塞具备两套液压系统，即使一套液压系统发生故障，另一套系统也会正常工作，因而可以确保车辆的实现制动。撤出踏板力后，制动踏板机构、主缸前、后腔活塞和轮缸活塞在各自的回位弹簧作用下回位，管路中的制动液在压力作用下推开回油阀流回主缸，于是解除制动。若与前腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，只有后腔中能建立液压，前腔中无压力。此时在液压差作用下，前腔活塞迅速前移到活塞前端顶到主缸缸体上。此后，后缸工作腔中的液压方能升高到制动所需的值。若与后腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，起先只有后缸活塞前移，而不能推动前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液压。但在后腔活塞直接顶触前缸活塞时，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液压而制动。由此可见，采用这种主缸的双回路液压制动系，当制动系统中任一回路失效时，串联双腔制动主缸的另一腔仍能工作，只是所需踏板行程加大，导致汽车制动距离增长，制动力效能降低。通过比较，在确保乘车人员生命安全的前提下，本设计确定串联式制动总泵为设计对象。 制动管路的方案选择制动液管的主要作用是将来自主油缸的液压传递给制动分泵。管路的分配方式有很多种。最常见的是前后轮制动管路各成独立的回路系统和前后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统。其余还有HI型、LL型、HH型。为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，即双回路系统，也就是说应将汽车的全部行车制动器的液压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路发生故障失效时，其他回路仍能可靠地工作，实现制动效果。（1）前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，简称II型，如图2-6（a）所示。这种管路布置方案在各类汽车上均有采用，但在货车上用得最广泛。当后轮制动管路失效由前轮制动时，前轮制动抱死就会失去转弯制动能力。当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将明显降低并小于正常情况下的一半。另外，由于后桥负荷小于前轴，则过大的踏板力会使后轮抱死而导致汽车甩尾。（2）前、后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属于一个回路，称交叉型，简称X型，如图2-6（b）所示。其特点是结构也很简单，一回路失效时仍能保持50的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。（3） 左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后轮制动器轮缸构成一个独立的回路，即HI型。如图2-6（c）所示。（4）两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即LL型。如图2-6（d）所示。（5）两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数缸所组成，即前、后半个轴对前、后半个轴的分路型式，即HH型。如图2-6（e）所示。这种型式的双回路系统的制动效果最好。通过比较，HI,LL,HH型的结构都较为复杂，所以本设计采用前、后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统为设计研究对象。（a） （b）（c） （d） （e）1-双腔制动主缸 2-双回路系统的一个分路 3-双回路系统的另一个分路图2-6双回路系统的5种分路第3章 盘式制动器主要部件的设计3.1 制动盘的设计 制动盘的直径制动盘的直径应尽量大些，这时制动盘的有效半径得以增大，就可以降低制动钳的夹紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。但制动盘直径受到轮辋直径的限制。通常。制动盘直径为轮辋直径的70%79%。本设计中选用汽车的轮胎规格为205/55R16，可知轮辋的直径为1625.4=406.4mm，406.4(70%79%)=284.48mm321.056mm,根据参考文献17查得，在此围，制动盘的直径选取为315mm。 制动盘的厚度制动盘的厚度直接影响着制动盘的质量和工作时的温升。为使质量不致太大，制动盘的厚度应取得尽量小，但也不能太小。为了达到良好的通风效果，具备优良的散热性能，本设计采用通风式的制动盘，即制动盘的部是空心的并允许空气可以通过，由此可以获得优良的散热效果。制动盘的厚度宜在20mm50mm，一般取20mm30mm。本设计取其厚度为28mm。 制动盘的材料根据参考文献18,考虑到灰铸铁强度高，耐热和耐磨性好，减振性，铸造性良好，能承受较大的载荷，所以制动盘的材料选取HT250。3.2 制动卡钳的设计制动钳体应有高的强度和刚度。所以本设计中制动钳的材料选取球墨铸铁QT400-18。在第二章的制动钳设计方案中已经确定选用浮钳式，在制动卡钳的一侧有轮缸，轮缸的直径设计见第四章。3.3制动块的设计制动块由背板和摩擦衬块构成，两者之间用特定的黏胶粘接在一起，一般不宜脱落。衬块多为扇形。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。背板由钢板制成，为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液汽化和减小制动噪声，可在摩擦衬块与背板之间粘一层隔热减振垫。由于单位压力大和工作温度高等原因，摩擦衬块的磨损较快，因此其厚度较大。一般轿车的摩擦衬块厚度在7.5mm16mm之间，本设计中摩擦衬块的厚度取13mm，符合围要求。并且在背板上装有磨损指示器，以便能及时更换摩擦衬块。一般情况下，更换的极限厚度是7mm，包括背板和摩擦衬块。为推荐摩擦衬块的外半径R2与半径R1的比值不大于1.5，如图3-1所示。若此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。根据要求设计摩擦衬块的外半径R2为148mm，半径R1为100m。图3-1 摩擦衬块的尺寸设计3.4制动钳活塞回位设计制动钳处的活塞通过液压的作用推动制动衬片挤压制动盘，当压力解除时，制动衬片和活塞在回位弹簧的作用下回到原来的位置。根据制动器的整体设计的需求，需要设计合适的回位弹簧。在固钳式的制动器和鼓式制动器中，一般选用如图3-2的拉伸弹簧。但是在浮钳式的制动器中，由于构造的局限，不适合选用这种类型的弹簧。图3-2 拉伸弹簧在一些现有的设计中，或选用如图3-3的夹紧弹簧，即夹在制动片两侧的弹簧，但是这种弹簧安装困难，也不容易定位。图3-3 夹紧弹簧本设计中，根据制动钳的结构和制动片的结构，设计一种适用于盘式制动的制动弹簧，它能很好地解决上述两种情况的不足之处，其结构如下图3-4。图3-4 弹簧其工作原理如图3-5：将弹簧3安装在制动块2的制动衬片上方，弹簧3勾住两侧的制动衬片的，当制动力转化为液压挤压制动片时，弹簧3受到挤压而变形；当释放制动力时，弹簧3需要恢复原来的形状而推动制动片和制动钳处的活塞，使得制动片和活塞回复到原来的位置。查参考文献18得，选用65Mn为弹簧片材料，因为这类钢具有较高的弹性极限和较高的疲劳强度。1-制动盘 2-制动块 3-弹簧 4-卡钳支架图3-5 弹簧的工作原理第4章 制动系统的设计计算4.1 制动系统的主要技术参数空载质量m：1140kg满载质量m：1490kg轴距L：2700mm空载质心高hg：640mm满载质心高hg：620mm质心距前轴距离L1：1520mm质心距后轴距离L2：1180mm车轮滚动半径R：316mm选取设计车型的轮胎规格为205/55R16，所以车轮滚动半径的算法为20555%2+（1625.4）=316mm。4.2 制动系统的主要计算轮胎与路面的附着系数相当于轮胎与路面的摩擦系数，同时还受到轮胎胎面材质、花纹、路面等变化有关，通常情况下附着系数列表值如下表：表4-1 路面附着系数列表路面状况附着系数干燥沥青路面0.750.85湿滑沥青路面0.40.7积雪路面0.20.4结冰路面0.050.1根据上表所示，本设计选取通常干燥路面的附着系数。 同步附着系数的确定和制动力分配系数的计算对于前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在附着系数等于同步附着系数的路面上，前、后制动器才会同时抱死。国外文献推荐满载时轿车的同步附着系数0.6。所以本设计中取同步附着系数=0.6。根据所选定的同步附着系数和参考文献19,可知公式 （4-1）求得空载时制动力分配系数满载时制动力分配系数 前后轴车轮制动器制动力的计算 根据参考文献19可知，对后轴车轮的接地点取力矩，可得平衡公式 （4-2）对前轴车轮的接地点取力矩，可得平衡公式 （4-3）式中 :汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力,；:汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力,；：汽车的重力，；:汽车质量，；：汽车制动减速度，；因为=经化简，可得 （4-4） （4-5） 所以在空载时：又因为 （4-6） （4-7）式中 ：前轴车轮的制动器制动力，：后轴车轮的制动器制动力，根据参考文献19可知，前后车轮附着力同时被充分利用的条件是： （4-8） （4-9）因为 可得根据参考文献19查得，轿车的比值围为1.31.6，计算结果为1.6，所以符合条件。满载的验证方法同空载，符合条件。 前后轴制动器制动力矩的计算由条件可知，此时根据参考文献19可知，制动强度的计算公式为 （4-10） 空载时：满载时：当，相应的制动强度时，后轴和前轴的最大制动力矩为 （4-11） （4-12）式中 ：车轮的有效半径，计算方法如下：平均半径 （4-13） （4-14） （4-15）所以空载时，后轴的制动力矩为： 前轴的制动力矩为：满载时，后轴的制动力矩为：前轴的制动力矩为：4.3 制动器因数由参考文献19，第51页可知,可知钳盘式制动器的制动因数BF=2f=0.84.4 制动器液压驱动机构设计计算 制动轮缸直径的确定与工作容积的计算根据参考文献20规定，踏板力不应超过500N700N，所以本设计中选取=500N。根据有关知识，令踏板机构的传动比,真空助力器的真空助力比，助力器工作效率围为0.850.95，在此取。由上述已知条件，可得出制动轮缸对制动片的作用力P=500390.9=12150N。根据参考文献19，求制动轮缸直径的公式如下： （4-16）：考虑制动力调节装置作用下的轮缸或液压管路，取值围为p=8Mpa12Mpa。根据参考文献21可知，最高工作液压分为10,15,20,25Mpa四个压力级，而管路液压在制动时一般不超过10Mpa12Mpa，在此取p=10Mpa。计算得：根据GB752487标准规定的轮缸直径尺寸系列，取，见表42。表42 轮缸直径尺寸系列表（单位：mm）轮缸直径14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，（25.4），26，28（28.58），30，32，35，38，42，46，50，56一个制动轮缸的工作容积： （4-17） （4-18）式中 ：轮缸的活塞数目；此设计选用浮钳式的制动器，只有一侧有一个活塞，所以n=1；：个轮缸完全制动时的行程，；：消除制动块与制动盘间的间隙所需的轮缸活塞行程，0.1mm0.3mm；：由于摩擦衬片变形而引起的轮缸活塞行程，根据摩擦衬片的厚度，材料的弹性模量及单位压力值计算；根据对制动块的设计，在此取。，：分别为鼓式制动器的变形与制动鼓的变形而引起的轮缸活塞行程，此设计为盘式制动，所以忽略这两个。所以一个制动轮缸的工作容积 （4-19） 全部工作容积： （4-20） 式中 m：轮缸的数目，此设计车型为四轮全部是盘式制动，所以m=4所以， 制动主缸直径确定和工作容积的计算查参考文献19得，考虑到制动软管的变形，轿车制动主缸的工作容积可取，计算得，主缸活塞行程的要求为，取，根据公式 ，可得， （4-21） 根据GB752487标准规定，选取接近值=38mm作为制动主缸的直径，列表如同表42。由计算可知，=42mm，=38mm，。通常，汽车液压驱动机构制动轮缸的直径和制动主缸的直径之比=0.91.2，所以主油缸和制动轮缸的设计符合要求。第5章 校核5.1 管路压力校核管路的极限压力不考虑ABS系统的作用应该是地面的附着系数达到同步附着系数时管路中的压力。前、后制动器同时抱死时，根据前、后轮制动器制动力公式： （5-1） （5-2）式中 ：前轴车轮的制动器制动力，；：后轴车轮的制动器制动力，；：前、后轮缸液压，；：前、后制动轮缸的直径，；：前后制动器单侧油缸数目；：前后制动器效能因数；：前后制动器有效制动半径，；：车轮滚动半径，；由上述公式可推导出 （5-3）经计算可得通常，制动管路工作压力小于10Mpa，所以此系统的管路压力符合要求。5.2制动踏板行程校核制动踏板工作行程的计算公式为： （5-4） 已知：主油缸中推杆与活塞间的间隙，一般取1.5mm2mm：主油缸活塞空行程，即主油缸活塞由不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主油缸上的旁通孔所经过的行程。本设计中取=5mm所以，根据参考文献22 GB7258-2004 机动车运行安全技术条件，踏板工作行程应不大于150mm，所以本设计符合要求。5.3 制动踏板力校核由参考文献18可知，制动踏板力可用下式进行验算： （5-5），可得2720.496NN500N根据参考文献22 GB7258-2004 机动车运行安全技术条件规定，制动踏板力不应大于500N，所以计算结果符合要求。5.4 制动距离校核制动距离是指机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板时起至机动车停住时止机动车驶过的距离。根据参考文献22 GB7258-2004机动车运行安全技术条件的规定，见下表：表5-1 制动距离和制动稳定性要求机动车类型制动初速度/（km/h）满载检验制动距离要求/m空载检验制动距离要求/m试验通道宽度/m总质量不大于3500kg的汽车5022212.5制动距离的计算公式为： （5-6）式中 v：制动初速度，查得表5-1，v取50km/h；：制动器作用时间，0.20.9s，取：最大制动减速度，取；将数据代入公式，计算得，所以制动距离符合要求。5.5 摩擦衬片的磨损特性计算校核汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬块的磨损也愈严重。制动的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。前、后轮比能量耗散率的计算公式为： （5-7） （5-8）式中 ：汽车回转质量换算系数；：汽车质量，；、：汽车制动初速度与终速度，计算时轿车取（27.8）；：制动时间，；按下式计算=4.63 （5-9）：制动减速度，=0.6106；、：前、后制动器衬片的摩擦面积，根据设计尺寸，摩擦面积是： A= （5-10）在紧急制动到时，并可近似地认为，则有 （5-11） （5-12）计算得：空载时，6.06.0满载时，略大于6.0，影响不大。6.0轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于6.0，故符合要求。5.6 回位弹簧刚度强度的校核此设计中，回位弹簧选用圆柱螺旋压缩弹簧，所以设计计算按照圆柱螺旋压缩弹簧的要求。因为回位弹簧在一般的压力条件下工作，所以可以选择第类弹簧来考虑。材料选择为60Si2Mn(硅锰弹簧钢)，因为这种材料弹性好，回火稳定性好，能承受大载荷，具有良好的力学性能。假设弹簧的变形量=9mm，=150N，=25mm，=350N。由参考文献22表16-2 可知，=800Mpa。通常旋绕比C，在此选C=6。根据活塞的设计及安装位置的确定，初设弹簧中径D=22mm，由于 ，所以弹簧丝的直径d=D/C=22/8=2.75mm。由曲度系数K的计算公式： （5-13）得，查参考文献23，弹簧钢丝的直径计算公式： （5-14）计算得根据参考文献23表16-5，查得d取3mm，因为D=22mm，则C=22/3=7.3，K=1.2，于是经验证，计算结果与估取值相近，所以弹簧钢丝的直径d=3mm，此时D=22mm，D2=D+d=22+3=25mm。弹簧的刚度为： （5-15）查参考文献23表16-2，G=80000Mpa，则弹簧圈数为 （5-16） 取n=6，此时弹簧的刚度为（1）弹簧初拉力 （5-17）初应力 （5-18） 查参考文献23图16-9，当C=7.3时，弹簧初应力的选择围为50Mpa130Mpa，故此初应力值合适，且满足要求。（2）极限工作应力（5-19） （3）极限工作载荷 （5-20）5.7 驱动轴的强度校核在车轮高速运转时，突然踩下踏板，在液压的作用下，制动块和制动盘产生摩擦，使得制动盘瞬间停下，在这个瞬间，支撑轮毂轴承、带动制动盘运转的花键轴受到强烈的扭转的力，受到的弯矩很小，所以在此不作校核。已知发动机最大功率为103kw，最大功率转速为6300r/min，汽车满载时的重量为m=1490kg，则驱动轴的转矩 （5-21）轴的受力分析简图及扭矩图如图5-1所示。图5-1 驱动轴扭矩图根据轮毂轴承装置的设计要求，查得参考文献25表4-3，选用的花键规格为6，材料选择为40Cr，查参考文献23可知，该材料许用切应力见下表： 表52 轴常用几种材料的轴的材料Q235-A,20Q275,35(1Cr18NiI9Ti)4540Cr,35SiMn,38SiMnMo,3Cr1315252035254555由参考文献24可得，其抗扭截面系数 （5-22）根据列表选择则扭转切应力 （5-23） 所以扭转应力符合要求。根据参考文献23可知，计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，每个齿工作面上压力的合理F作用在平均直径处，即传递转矩 ，并引入系数来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键连接的强度条件为（此处选用静连接）：（5-24）式中：为花键的平均直径，此处为矩形花键，计算公式为 （5-25）转矩T： （5-26） 为载荷分布不均系数，与齿数多少有关，一般取，齿数多时取偏小值；z为花键齿数，z=6；为齿的工作长度，在此根据设计要求，选；h为花键齿侧面的工作高度，矩形花键的计算公式为，C为倒角尺寸，查参考文献25表4-3可知C=0.3。经计算，根据参考文献23查得，花键连接的许用挤压应力，见下表5-3所示。表5-3 花键连接的许用挤压应力（Mpa）连接方式使用和制造情况许用挤压应力不良3550静连接中等60100良好80120所以，符合良好的使用情况。第6章 总结为期若干个月的毕业设计终于在我不断地研究和摸索中完成了。回顾做毕业设计的整个过程，我觉得是对大学四年所学知识的统一回顾和应用。在确定毕业设计题目以后，我查阅了许多文献资料并且专程到汽车4S店的维修部门了解它的工作原理和认识相关的零部件。通过理论学习加实际考察，我对盘式制动系统结构有了一番了解。根据盘式制动的结构特点分析设计方案。在提出的多种设计方案中选择最合理的方案进行研究。绘制制动过程的总装配图，制动器的部装图，主油缸的部装图，制动管路的布置图和若干零件图等。绘制完图纸后，进行设计计算和校核。确定相关参数后主要对制动力，制动力矩等进行计算，对管路压力，踏板行程，踏板力，弹簧等进行校核和优化。我的设计思路和设计过程是：（1）整体传动原理及工作方案的确定通过参阅大量的资料，我首先理解了盘式制动系统的工作原理，然后把现有的设计方案稍加整理和分类，取其精华，对盘式制动器比较重要的部分进行方案的讨论、比较。最后确定了制动器选用浮钳式，制动主油缸设计为串联式双腔制动泵，制动管路分布为X型分布。（2）主要零部件的设计根据资料，对制动器主要的零部件进行的设计和材料的选择，如制动盘、制动块、制动钳等。设计要求符合规定标准，材料选择符合强度要求。（3）制动参数的确定根据设定的参数，计算制动力，制动力矩，制动轮缸、制动主油缸的直径和容积等，通过查阅国家规定的标准，设计符合规定围的油缸直径和容积，从而使得设计的盘式制动器符合要求，能够起到制动作用。（4）对重要部分进行校核 之前的参数设定和计算，需要通过后面的校核才能确定是否有效。如果校核出来不符合规定的要求，就需要对相应部件进行重新设计，所以在确定参数和尺寸设计过程中，要求合理，不要过于夸，以至于为后续工作增添麻烦，设计时尽量符合实际需要。直到校核无误，本项设计才算正式完成。通过对该课题的设计，我不仅掌握了一定的专业知识，也掌握了关于盘式制动系统的一些知识，通过毕业设计的训练，我加深对设计过程的了解，体会到了做设计的不容易。在整个过程中会遇到很多困难，设计得不正确或者完全不知道该怎么设计，自己觉得不存在问题但是老师还是会发现这样那样的不足，而且想不出解决的办法等等，总之做到哪哪都是一大堆问题，这时候就需要和指导老师进行交流，一起解决问题，同时自己也要查阅大量资料，分析问题所在，寻找合适的解决问题的方法。我们时常把搞设计挂在嘴边，现在终于知道设计一份非常艰难的工作，不过经历过才会成长，作为大学生缺乏的就是实际的经验。做毕业设计期间有欢笑也有忧愁，我们靠着自己的知识和老师的指导把困难克服，收获喜悦。我想这些经历会为我们今后的工作打下扎实的基础，对我们来说是总是受益的。参 考 文 献01 王吟洪等.现代式制动器发汽车气压式盘展浅析J/OL.机械与配件，2005，(12).02 有方等.汽车原理及构造M.：大学，2009，9：1-50.03 童敏勇等.汽车底盘构造M.：科学，2009：33-70.04 通顺等.21世纪的制动系统J.汽车与配件，1999.（37）：16.05 祝华.SAB Wabco公司开发出新型制动盘J.国外铁道车辆，2005.42(03)：42.06 西沃客车.盘式制动器在西沃客车上的应用J，SILVER BUS NEWS,2005.（07）：7.07 王望宇.汽车设计（第3版）M.：机械工业，2000：1-88.08 牧众等.轿车制动盘磨损失效分析J.重型汽车，1999.54(05)：12-13.09 占强.奥迪科技大揭密J,世界汽车，2005.9：92-93.10 迷凸.关于汽车盘式制动的两三事J.现代汽车，2008.09：102-103.11 胜明.现代汽车系统控制技术M.：大学，2008.01：128-146.12 克荣等.汽车ABS技术及其发展趋势J.工业仪表及自动化装置，2006（2）：20-66.13 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