车辆综合项目工程综合专业课程设计项目说明指导书.doc

课程设计任务书

课程 车辆工程综合课程设计
题目 某轿车前轮制动器重要零件设计（蹄或钳及轮缸某些）——1
专业 车辆工程 姓名 学号
重要内容及基本规定：
已知条件：总质量为2200kg；前轴负荷率为35%；质心高度为1m；轴距为3.05m。轮胎型号：225/60R16。制动性能规定：初速度为50km/h，制动距离为15m.
在以上条件下，完毕制动器重要基本参数选取、拟定（与后轮制动器设计同窗共同完毕）；完毕制动器重要零件设计计算；完毕前轮制动器重要零件设计设计图纸。
工程图纸须规范化，计算阐明书须用国际单位制量纲。
参照资料：
[1]王望予.汽车设计（第4版）.北京：机械工业出版社,
[2]王国权,龚国庆.汽车设计课程设计指引书.北京：机械工业出版社,
[3]王丰元,马明星.汽车设计课程设计指引书.北京：中华人民共和国电力出版社,
[4]陈家瑞.汽车构造（第3版下册）.北京：机械工业出版社,
[5]余志生.汽车理论（第5版）.北京：机械工业出版社,
[6]张海青.耐高温盘式制动片.非金属矿.

完毕期限 .8.28至.9.22
指引教师
专业负责人

9月 18 日
目录
1设计规定 1
2制动器形式方案分析与选取 1
2.1鼓式制动器 1
2.2盘式制动器 2
3前轮制动器设计计算 6
3.1制动系统重要参数数值 6
3.1.1有关赛车重要参数 6
3.1.2同步附着系数分析 7
3.1.3地面对前、后轮法向反作用力 8
3.2制动力分派系数及制动力矩 8
3.3制动器有关计算 9
3.4制动器重要零部件构造设计 11
4制动性能分析 13
4.1制动性能评价指标 13
4.2 制动效能 13
4.3制动效能恒定性 13
4.4制动时汽车方向稳定性 13
4.5摩擦衬块磨损特性计算 14
5总结 16
参照文献 17

1设计规定
已知条件：总质量为2200kg；前轴负荷率为35%；质心高度为1m；轴距为3.05m。轮胎型号：225/60R16。制动性能规定：初速度为50km/h，制动距离为15m.
在以上条件下，完毕制动器重要基本参数选取、拟定；完毕制动器重要零件设计计算；完毕前轮制动器重要零件设计设计图纸。
工程图纸须规范化，计算阐明书须用国际单位制量纲。
2制动器形式方案分析与选取
2.1鼓式制动器
鼓式制动器也叫块式制动器，是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车。鼓式制动是初期设计制动系统，其刹车鼓设计19就已经使用在马车上了，直到19左右才开始在汽车工业广泛应用。鼓式制动器主流是内张式，它制动块(刹车蹄)位于制动轮内侧，在刹车时候制动块向外张开，摩擦制动轮内侧，达到刹车目。近三十年中，鼓式制动器在轿车领域上已经逐渐退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，依然在某些经济类轿车中使用，重要用于制动负荷比较小后轮和驻车制动。
按制动蹄运动方向；鼓式制动器是运用制动蹄片挤压制动鼓而获得制动力，可分为内张式和外束式两种。内张鼓式制动器是以制动鼓内圆柱面为工作表面，在当代汽车上广泛使用；外束鼓式制动器则是以制动鼓外圆柱面为工作表面，当前只用作很少数汽车驻车制动器。
鼓式制动器依照制动蹄张开装置(也称促动装置)形式不同，可分为轮缸式制动器和凸轮式制动器，如图2-1所示。轮缸式制动器以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置，多为液压制动系统所采用；凸轮式制动器以凸轮作为促动装置，多为气压制动系统所采用。

图2-1 轮缸式制动器
轮缸式制动器按制动蹄受力状况不同，可分为领从蹄式、双领蹄式(单向作用、双向作用)、双从蹄式、自增力式(单向作用、双向作用)等类型，如图2-2所示。

图2-2 各式轮缸式制动器

2.2盘式制动器
盘式制动器摩擦副中旋转元件是以端面工作金属圆盘，此圆盘称为制动盘。其固定原件则有各种构造形式，大体上可分为两类。一类是工作面积不大摩擦块与其金属背板构成制动块，每个制动器中有2到4个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧夹钳形支架中，总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳构成制动器，称为钳盘式制动器。另一类固定元件金属背板和摩擦片也呈圆形，但其制动盘所有工作面可同步与摩擦片接触，故该类制动器称为全盘式制动器。
1） 钳盘式
钳盘式制动器按制动钳构造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。具备如下长处：除活塞和制动块外无其她滑动件，易于保证制动钳刚度；构造及制造工艺与普通鼓式制动器相差不多，容易实现鼓式制动器到盘式制动器改革，能较好地适应多回路制动系规定。 ‚浮钳盘式制动器：这种制动器具备如下长处：仅在盘得内侧具备液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步接近轮毂；没有跨越制动盘油道或油管，液压缸冷却条件好，因此制动液汽化也许性小；成本低；浮动盘制动块可兼用驻车制动。
Ⅰ固定钳式 
制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿制动盘轴线方向移动，因而其中必要在制动盘两侧装设制动块促动装置，以便分别将两侧制动块压向制动盘。这种形式也成为对置活塞式或浮动活塞式。如图2-3示。 

图2-3 固定钳盘式制动器
Ⅱ浮动钳式 

图2-4 浮动钳盘式制动器
  （1）滑动钳式 制动钳可以相对于制动盘作轴向滑动，其中只有在制动盘内侧置有液压缸，外侧制动块固定安装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动压靠到制动盘上，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘另一侧，直到两制动块受力均等为止。图2-3（a）所示。
  （2）摆动钳式 它也是单侧液压缸构造，制动钳体与固定在车轴上支座铰接。为实现制动，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直平面内摆动。显然，制动块不也许全面而均匀磨损。为此，有必要经衬块预先作成楔形。在使用过程中，衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀后即应更换。图2-3（b）所示。
浮钳盘式制动器制动钳普通设计得可以相对制动盘转向滑动。其中，只在组、制动盘内侧设立液压缸，而外侧制动块则附加装在钳体上。 
2） 全盘式

图2-4 全盘式制动器
在全盘制动器中，摩擦副旋转元件及固定元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面所有接触，其作用原理与摩擦式离合器相似，如图2-4所示。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。
与鼓式制动器相比，盘式制动器有如下长处： 
①热稳定性好。因素是普通无自行增力作用。衬块摩擦表面压力分布较鼓式中衬片更为均匀。此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄中部接触，从而减少了制动效能，这称为机械衰退。制动盘轴向膨胀极小，径向膨胀主线与性能无关，故无机械衰退问题。因而，前轮采用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏。    
②水稳定性好。制动块对盘单位压力高，易将水挤出，因而浸水后效能减少不多；又由于离心力作用及衬块对盘擦拭作用，出水后只需经一，二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。    
③制动力矩与汽车运动方向无关。 
④易于构成双回路制动系，使系统有较高可靠性和安全性。    
⑤尺寸小，质量小，散热良好。 
⑥压力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块上磨损也均匀。    
⑦更换制动块简朴容易。 
⑧衬块与制动盘之间间隙小（0.05~0.15mm），从而缩短了制动协调时间。 
⑨易实现间隙自动调节。 
盘式制动器重要缺陷是： 
①难以实现完全防尘和锈蚀（封闭多片式全盘式制动器除外）。     
②兼作驻车制动器时，所需附加手驱动机构比较复杂。 
③在制动驱动机构中必要装用助力器。 
④由于衬块工作面积小，因此磨损快，寿命低，需用高材质衬块。 
因而，从构造，散热，技术，成本等多方面考虑，决定采用滑动浮钳盘式制动器。
3前轮制动器设计计算
3.1制动系统重要参数数值
3.1.1有关汽车重要参数

汽车重要参数如表3-1所示。

表3-1 汽车有关参数
编号
名称
符号
数值
单位
1
质量
m
2200
kg
2
重力
G
21582
N
3
质心高

1000
mm
4
轴距
L
3050
mm
5
质心至后轴距离
b
1067.5
mm
6
轮胎半径
r
338.2
mm

3.1.2同步附着系数分析计算
1.当时：制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；
2.当时：制动时总是后轮先抱死，这是容易发生后轴策划而使汽车丧失方向稳定性；
3.当时：制动时汽车先后轮同步抱死，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。
分析表白，汽车在同步系数为j路面上制动（先后轮同步抱死）时，其制动减速度，即q=j,q为制动强度。而在其她附着系数路面上制动时，达到前轮或者后轮即将抱死制动强度q<,这表白只有在=路面上，地面附着条件才可以得到充分运用。
已知，汽车制动初速度制动初速度=50km/h，制动距离S=15m，因而可计算得出同步附着系数
（3-1）

3.1.3地面对前轮法向反作用力
在良好水平路面上，前、后轮同步抱死（无论是同步抱死或分别先后抱死），此时忽视赛车空气阻力和滚动阻力，地面作用于前轮法向反力为：
（3-2）

3.2制动力分派系数及制动力矩
1.制动器制动力分派系数
制动时四个车轮同步抱死，。
（3-3）

2.制动器制动力矩拟定.
（3-4）

3.3制动器关于计算
1.制动盘直径选取D
制动盘直径D应尽量取大些，这时制动盘有效半径得到增长，可以减少制动钳夹紧力，减少衬块单位压力和工作温度。受轮辋直径限制，制动盘直径普通选取为轮辋直径70％一79％。总质量不不大于2t汽车应取上限。
因而D=16×25.4×79％=321.056mm,在这里圆整为320mm。
2.制动盘厚度选取h
制动盘厚度对制动盘质量和工作时温升有影响。为使质量小些，制动盘厚度不适当获得大；为了减少温度，制动盘厚度又不适当获得过小。制动盘可以做成实心，或者为了散热通风需要在制动盘中间铸出通风孔道。普通实心制动盘厚度可取为10～20mm，通风式制动盘厚度取为20～50mm，采用较多是20～30mm。这里制动盘拟定为通风盘，厚度h取20mm。
3.摩擦衬块内外半径拟定
摩擦衬块是指钳夹活塞推动挤压在制动盘上摩擦材料。摩擦衬块分为摩擦材料和底板,两者直接压嵌在一起。摩擦衬块外半径只与内半径及推荐摩擦衬块外半径2R与内半径1R比值不不不大于1.5。若此比值偏大，工作时衬块外缘与内侧圆周速度相差较多，磨损不均匀，接触面积减少，最后导致制动力矩变化大。
制动盘直径D=320mm， 因而可取160mm为满足 则可取110mm。
4. 摩擦块工作面积A
在拟定盘式制动器制动衬块工作面积A时，依照制动衬块单位面积占有汽车质量，推荐在1.6～3.0kg/cm²。

因此,即
取制动衬块圆心角,依照扇形面积公式：
(3-5)

可知A满足规定。
5.摩擦片材料及摩擦系数
选取摩擦片时不但但愿其摩擦系数要高些，更规定其热稳定性要好，受温度和压力影响要小。不能单纯地追求摩擦材料高摩擦系数，应提高对摩擦系数稳定性和减少制动器对摩擦系数偏离正常值敏感性规定，后者对蹄式制动器是非常重要。各种制动器用擦材料摩擦系数稳定值约为 0.3～0.5，少数可达0.7。普通说来，摩擦系数愈高材料，其耐磨性差。因此在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数材料。当前国产制动摩擦片材料在温度低于 250℃时，保持摩擦系数f=0.35～0.45 已无大问题。因而，在假设抱负条件下计算制动器制动力矩。此外，在选取摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害材料。所选取摩擦系数f=0.4。
6.前轮制动轮缸尺寸计算
(1)制动轮缸对制动块施加张开力
假定衬块摩擦表面所有与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器制动力矩为
（3-6）
R取平均半径
对于前轮：制动力矩
摩擦块压紧力
(2)制动轮缸直径d拟定
制动轮缸对制动块施加张开力 与轮缸直径d和制动管路压力p关系为：
(3-7)

这里取油管压力p=10MPa;
前轮：
先后制动轮缸应采用相似规格，根据HG2865-1997原则，选用d=40mm
表3-2 制动器重要参数

制动盘外径
/mm
工作半径
/mm
制动盘厚度
/mm
摩擦衬快厚度
/mm
摩擦面积
/cm²
轮缸直径
/mm
前轮
320
135
20
5
118.20
40

3.4制动器重要零部件构造设计
1.制动盘
制动盘普通用珠光体灰铸铁制成，或用添加Cr或Ni等合金铸铁制成。制动盘在工作时不但承受着制动块作用法向力和切向力，并且承受着热负荷。为了改进冷却效果，钳盘式制动器制动盘有铸成中间有径向通风槽双层盘这样可大大地增长散热面积，减少温升约20-30%，但盘得整体厚度较厚。本次设计采用材料为HT250。
2.制动钳
制动钳由可锻铸铁KTH370-12或球墨铸铁QT400-18制造，也有用轻合金制造，例如用铝合金压铸。
3.制动块
制动块由背板和摩擦衬快构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘结在一起。
4.摩擦材料
制动摩擦材料应具备稳定摩擦系数，抗热衰退性要好，不应在温升到某一数值后来摩擦系数突然急剧下降，材料应有好耐磨性，低吸水（油、制动液）率，低压缩率、低热传导率和低热膨胀率，高抗压、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性能，制动时应不产生噪声、不产生不良气味、应尽量采用污染小对人体无害摩擦材料。当前，制动器广泛采用模压材料。
5.制动轮缸
制动轮缸采用单活塞式制动轮缸，其在制动器中布置以便。轮缸缸体由灰铸铁HT250制成。其缸简为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制开槽顶快，以支承插槽中制动蹄，极端部或端部接头。轮缸工作腔由装在活塞上橡胶密封圈或靠在活塞内端面处得橡胶皮碗密封。本次设计采用是HT250.
4制动性能分析
4.1制动性能评价指标
汽车制动性重要由下列三方面来评价： 
1)  制动效能，即制动距离与制动减速度。 
2）制动效能恒定性，即抗热衰退性能。 
3）制动时汽车方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力性能。

4.2 制动效能
制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车制动距离或制动时汽车减速度。制动效能是制动性能中最基本评价指标。制动距离越小，制动减速度越大，汽车制动效能就越好。

4.3制动效能恒定性
制动效能恒定性重要指是抗热衰退性能。汽车在高速行驶或下长坡持续制动时制动效能保持限度。由于制动过程中事实上是把汽车行驶动能通过制动器吸取转换为热能，因此制动器温度升高后能保持在冷态时制动效能，已成为设计制动器时要考虑一种重要问题。

4.4制动时汽车方向稳定性
制动时汽车方向稳定性，惯用制动时汽车给定途径行驶能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力。则汽车将偏离本来途径。 
制动过程中汽车维持直线行驶，或按预定弯道行驶能力，称为方向稳定性。影响方向稳定性涉及制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力三种状况。制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，汽车将偏离给定行驶途径。因而，惯用制动时汽车按给定途径行驶能力来评价汽车制动时方向稳定性，对制动距离和制动减速度两指标测试时都规定了其实验通道宽度。 
方向稳定性是从制动跑偏、侧滑以及失去转向能力方面来考验。 制动跑偏因素有两个： 
1) 汽车左右车轮，特别是转向轴左右车轮制动器制动力不相等。 
2) 制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调（互相干涉）。 
前者是由于制动调节误差导致，是非系统。而后者是属于系统性误差。侧滑是指汽车制动时某一轴车轮或两轴车轮发生横向滑动现象。最危险状况时高速制动时后轴发生侧滑。防止后轴发生侧滑应使先后轴同步抱死或前轴先报死后轴始终不抱死。 
理论分析如下，真正评价需要靠实验。

4.5摩擦衬块磨损特性计算
摩擦衬块磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓（制动盘）材质及加工状况，以及衬片自身材质等许多因素影响，因而在理论上计算磨损性能极为困难。但实验表白，影响磨损最重要因素还是摩擦表面温度和摩擦力。 
从能量观点来说，汽车制动过程即是将汽车机械能（动能和势能）一某些转变为热能而耗散过程。在制动强度很大紧急制动过程中，制动器几乎承担了汽车所有动能耗散任务。此时，由于制动时间很短，事实上热能还来不及逸散到大气中就被制动器所吸取，致使制动器温度升高。这就是所谓制动器能量负荷。能量负荷越大，则衬片（衬块）磨损越严重。对于盘式制动器衬块，其单位面积上能量负荷比鼓式制动器衬片大许多倍，因此制动盘表面温度比制动鼓高。 
各种汽车总质量及其制动衬块摩擦面积各不相似，因而有必要用一种相对量作为评价能量负荷指标。当前，各国惯用指标是比能量消散率，即单位时间内衬块单位摩擦面积耗散能量，普通所用计量单位为W/mm²。比能量耗散率有时也称为单位功负荷，或简称能量负荷。
双轴汽车单个前轮及后轮制动器比能量耗散率分别为
（4-1）
（4-2）
（4-3）
式中，为汽车总质量；为汽车回转质量换算系数；为制动初速度和终速度（m/s）；j为制动减速度（m/s²）；t为制动时间；为前、后制动衬片（衬块）摩擦面积(mm²)；为制动力分派系数。
在紧急制动到停车状况下，，并可以为，故
(4-4)
(4-5)

据关于文献推荐,乘用车盘式制动器在同上和j条件下，比能量耗散率应不不不大于26.0W/mm²。对于最高车速低于以上规定制动初速度汽车，按上述条件算出e值容许略不不大于1.8W/mm²。比能量耗散率过高不但引起衬片（衬块）加速磨损，且又也许使制动或制动盘更早发生龟裂。

由计算成果可知，设计符合规定。

5总结
本设计重要思考了关于制动器构造形式选取、重要参数选取、有关参数计算，其中以参数设计计算过程和零件设计为重点。 
在设计前期,我就合理安排自己时间,收集大量与制动器设计有关资料,理解了制动器发展状况,不断与同窗,教师沟通交流遇到种种问题。 
如下是设计过程中所获得结论和感悟： 
（1）对于盘式制动器设计而言，制动力分派系数和同步附着系数是最重要参数之一。  
（2）由于能力有限，在设计过程当中，我也发现了自己存在局限性。在三维绘图过程中，由于对catia不熟悉，遇到许多问题。后来我会花更多时间去学习这些知识，去掌握catia运用。 
制动器是随着着汽车产生所必不可少一种系统，并且制动器通过从鼓式到盘式，随着电动汽车产生又衍生出更多制动形式，并且新兴湿式全盘制动器也开始出当前咱们生活中，但是由于产品还处在研发阶段。总之，一系列科技进步推动了社会发展。

参照文献
[1]王望予.汽车设计（第4版）.北京：机械工业出版社,
[2]王国权,龚国庆.汽车设计课程设计指引书.北京：机械工业出版社,
[3]王丰元,马明星.汽车设计课程设计指引书.北京：中华人民共和国电力出版社,
[4]陈家瑞.汽车构造（第3版下册）.北京：机械工业出版社,
[5]余志生.汽车理论（第5版）.北京：机械工业出版社,
[6]张海青.耐高温盘式制动片.非金属矿.