盘式制动器-课程设计培训讲学.docx

中北大学
课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号：
学院（系）：机电工程学院
专 业：车辆工程
题 目：夏利汽车盘式制动器方案设计

综合成绩：

指导教师： 职称:

年 月 日

目录
一、夏利汽车主要性能参数---------------------4
二、制动器的形式-----------------------------5
三、盘式制动器主要参数的确定-----------------7
四、盘式制动器制动力矩的设计计算-------------9
五、盘式制动器制器的校核计算----------------10
1.前轮制动器制动力矩的校核计算
2. 摩擦衬片的磨损特性计算
六、经过计算最终确定后轮制动器的参数--------13
七、设计小结--------------------------------13
八、设计参考资料----------------------------13

轿车前轮制动器设计说明书前言
汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以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。本次课程设计根据任务要求只对夏利汽车盘式制动器方案设计。

一、 汽车主要性能参数
主要尺寸和参数：
（1）、轴距：L=2405mm
（2）、总质量：M=900kg
（3）、质心高度：0.65m
（4）、车轮半径：165mm
（5）、轮辋内径：120mm
（6）、附着系数：0.8
（7）、制动力分配比：后制动力/总制动力=0.19
（8）、前轴负荷率：60%；即质心到前后轴距离分别为
L1=L∙1-60%=962mm
L2=L∙60%=1443mm
（9）、轮胎参数：165/70R13；
轮胎有效半径re为：
轮胎有效半径=轮辋半径+（名义断面宽度×高宽比）
所以轮胎有效半径re=2402+165×70%=235.5mm
（10）、制动性能要求：初速度为50KM/h时，制动距离为15m。则满足制动性能要求的制动减速度由：S=13.6τ2‘+τ2“2μ0+μ0225.92 abmax计算最大减速度 abmax，其中μ0= Ｕ0=50Km/h； S=15m；τ2‘=0.05s；τ2“=0.2s。经计算得
最大减速度 abmax≈7.47ms2

二、 制动器形式的选择
摩擦式制动器按其旋转元件的形状可分为鼓式和盘式两大类。因为盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器常用作轿车的车轮制动器。而且轿车质量较小，制动力矩较小，这里选择盘式制动器为前轮制动器。
盘式制动器按摩擦副中的固定摩擦元件的结构，分为点盘式和全盘式制动器两大类。一般轿车上大多数采用点盘式制动器，这里也选用点盘式制动器。
点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，后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。两块制动块之间有作为旋转元件的制动盘，制动盘是用螺栓固定于轮毂上。制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小，在盘上所占的中心角一般仅约30°～50°，其结构较简单，质量小，散热性较好，借助于制动盘的离心力作用易于将泥水、污物等甩掉，维修也方便。
点盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为以下几种：
(1)固定钳式盘式制动器 (2)滑动钳式盘式制动器
（3）摆动钳式盘式制动器
因为滑动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。滑动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少使冷却条件较好，另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动液温度比用固定钳时低30℃～50℃，气化的可能性较小。所以这里所设计的制动器形式选用：滑动钳式盘式制动器

三, 盘式制动器主要参数的确定
1. 制动盘直径D
制动盘直径D希望尽可能大，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D受轮辋直径的限制。通常，制动盘的直径D选择为轮辋直径的70%~79%，这里曲75%。
该乘用车的轮辋直径为240mm，且总质量：M=900kg
所以制动盘直径取D=240×75%=180mm。
2.制动盘的厚度h
制动盘厚度h直接影响着制动盘质量和工作时的温升。为使质量不至于太大，制动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度又不能过小。制动盘可以制成 实心的，而为了通风散热，又可以在制动盘工作面之间铸出通风孔道。
这里选用通风式制动盘，制动盘厚度取h=25mm。
3.摩擦衬块内半径R1和外半径R2
推荐摩擦衬块的外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若此值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，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。
这里取外半径R2=90mm；内半径R1=60mm
4.制动衬块工作面积A
推荐根据制动摩擦衬块单位面积的汽车质量1.6Kg/cm2~3.5Kg/cm2范围内选取。乘用车的总质量：M=900kg，前轮的载重为：M1=540kg，
则5403.5×4cm2<AA<5401.6×4cm2，故取A=60cm2。
5.制动驱动机构的对制动盘的压紧力N
采用液压驱动的活塞式机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。其制动压力由以下关系确定。制动缸对制动盘施加的压紧力F与轮缸直径d、制动管路压强P的关系为F=πPd24，根据制动管路压强一般在10MPa~20Mpa内选取P=12Mpa，根据国标HG2865——1977标准，选择制动缸直径d=45mm，,活塞的直径名义上也为45mm，其配合间隙一般在0.04~0.10mm，则制动盘的压紧力F=19085N。
6. 摩擦片摩擦系数f
选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。本盘式制动器采用粉末冶金摩擦材料是以铜粉或铁粉为主要成分(占质量的60％～80％)，加上石墨、陶瓷粉等非金属粉末作为摩擦系数调整剂，用粉末冶金方法制成。其抗热衰退和抗水衰退性能好，适用于高性能轿车。该摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5。在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，使计算结果接近实际可取：f=0.3。

四,盘式制动器制动力矩的设计计算
盘式制动器的计算用简图如图所示，今假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩为

对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，制动盘上的制动力矩用Tf=2fFR计算。
R=0.5(R1+R2)=75mm
Tf=2fFR=2×0.3×19085×0.075=858.8N·m
故所设计的前轴制动器制动力矩为2Tf=2×858.8=1717.6N·m

五,盘式制动器制器的校核计算
1.前轮制动器制动力矩的校核计算
（1）、确定同步附着系数
随着道路条件的改善和汽车速度的提高，由于制动时后轮先抱死引起汽车甩尾甚至掉头所造成的车祸日益增多。φ0值宜取大些。根据设计经验，取φ0=0.60
（2）、制动力分配系数的确定
此乘用车根据确定的同步附着系数得到的制动力分配系数β为：
β=Fμ1Fμ1+Fμ2=φ0hg+L2L
式中Fμ1为前制动器制动力；Fμ2为后制动器制动力。同步附着系数φ0=0.6；质心高度hg=0.65m；轴距L=2405mm；后轴到质心的距离L2=1443mm计算得
β=0.6×650+14432405≈0.76
（3）、前制动力矩的确定
为了保证汽车有良好的制动效能，能合理地确定前、后轮制动器的制动力矩。先计算出前、后制动力矩的比值，即
Mμ1Mμ2=L2+φ0hgL1-φ0hg=1443+0.6×650962-0.6×650=3.2
根据汽车满载在沥青、混泥土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前轮制动器的力矩Mμ1
Mμ1=GLL2+φ0hgφ re
其中 re为车轮有效半径， re=235.5mm=0.2355m
所以后轮制动器的力矩为
Mμ1=GLL2+φ0hgφ re=900024051443+0.6×650×0.8×0.2355
≈1292N∙m
则每个前轮制动器的制动力矩为Mμ12=646N∙m
所设计的前轮盘式制动器能产生的制动力矩为Tf=858.8N∙m
故所设计的盘式制动器能满足要求，轮制动力矩也符合要求。
2. 摩擦衬片(衬块)的磨损特性计算
摩擦衬片(衬块)的磨损，与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。
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。此时由于在短时间内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，则衬片(衬块)的磨损愈严重。
制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为W/mm2, 这里根据紧急制动到停车情况计算所涉及轿车的单个前轮制动器的比能量耗散率e2
e1=δMv12-v224tAβ ；t=v1-v2abmax
其中δ=1；v1=50km/h=13.89m/s；v2=0；β=0.76；M=900Kg；A=60cm2 ；abmax=7.47ms2，计算得：t=1.86s；
e1=δMv12-v224tAβ =Mv124tAβ ≈2.96W／mm2
根据有关文献，在制动时轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于6 W／mm2。因此所设计的制动器的比能量耗散率合理。

六, 经过计算最终确定前轮制动器的参数如下
1、制动器采用液压驱动滑动钳式盘式制动器
2、制动盘直径D=180mm
3、 制动盘厚度取h=25mm。
4、摩擦衬片外半径R2=90mm；内半径R1=60mm
5、制动衬块工作面积A=60cm2
6、活塞直径d=45mm

七,设计小结
汽车设计是我们的专业基础课，通过一学期的学习和掌握，对汽车设计有了一定的了解。通过这次设计了解到了理论上和实际上的差异。
设计计算时必须仔细认真，多方面查阅资料。确定参数时必须根据实际情况来定，不一定要与理论吻合的非常好。这次课程设计历时两周，一周用于设计计算，一周用于软件制图。设计成果为一份设计说明书和一张装配图。
八,设计参考资料
[1] 王望予.汽车设计.第四版
[2] 陈家瑞.汽车构造
[3] 王霄峰.汽车底盘设计
[4] 刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算
[5] 余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2004.