盘式制动器的设计教程文件.doc

制动系设计
（盘式制动器）

目　录

第一章 绪论 1
§ 1.1 制动系统的简介 1
§ 1.2 制动系统的一般工作原理 2
§ 1.3 制动系统的分类 4
§ 1.3.1 按制动系统的作用分类 4
§ 1.3.2 按制动系统的操纵能源分类 4
§ 1.3.3 按制动能量的传输方式分类 5
§ 1.4 制动系统的重要性 5
第二章 制动器的类型及选择 6
§ 2.1 盘式制动器 6
§ 2.1.1 固定钳式盘式制动器 8
§ 2.1.2 浮动钳式盘式制动器 8
第三章 制动系的主要相关参数及其选择 11
§3.1 制动时汽车的方向稳定性 11
§3.2 制动力与制动力分配系数的相关计算 12
§3.3 制动强度和附着系数利用率的计算 14
§3.4 制动器的最大制动力矩的确定 15
§3.5 制动器因数的选择 16
§3.6 应急制动和驻车制动所需的制动力矩 17
§3.6.1 应急制动的制动力矩 17
§3.6.2 驻车制动的制动力矩 17
第四章 盘式制动器的主要参数 19
§4.1 盘式制动器的结构图 19
§4.2 盘式制动器主要参数的确定 19
§4.3 制动盘与衬块之间的间隙自动调整 21
§ 4.4 盘式制动器制动力矩的计算 22
§ 4.5 摩擦衬块的磨损特性的校核 25
第五章 制动器驱动机构的结构型式选择及设计计算 28
§ 5.1 制动缸液压传动装置的工作原理 28
§ 5.2 液压伺服制动系的类型及选择 29
§ 5.3 制动管路的分路系统 31
§ 5.4 选择液压制动的优点和缺点 32
§ 5.5 液压制动驱动机构的设计计算 33
§ 5.5.1 制动轮缸直径及工作容积的确定 33
§ 5.5.2 制动主缸的形式及选择 34
§ 5.5.3 制动主缸直径和工作容积的确定 34
§ 5.5.4 制动踏板力的确定 35
§ 5.5.5 制动踏板行程的确定 36
参考文献 38

第一章 绪论
汽车制动系是用于行驶中的汽车减速或停车，是下坡行驶的汽车的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。
汽车的制动系统至少要有两套独立的制动装置，即行车制动器和驻车制动器；重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引汽车还应有自动制动装置。
对汽车起到制动作用的是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的力。作用在行驶汽车上的滚动阻力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用，但这些外力的大小都是随机的、不可控制的。因此在汽车上必须有一种专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等的情况，使外界（主要是路面）对汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力，相应的一系列装置称为制动系统。

§1.1制动系统的简介

制动系统是由制动器和制动驱动机构组成的。制动器是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力（制动力）的部件。其中也包括辅助制动系统中的缓速系统。制动驱动机构包括功能供给装置、控制装置、传动装置、制动力调节及报警装置、压力保护装置等附加装置。功能装置供给、调节制动所需能量并改善传能介质状态。其中，产生制动能量的部分称为制动能源。人的肌体亦可为制动能源。制动系统的简单示意图如下：

图1-1制动系统简单示意图
§1.2制动系统的一般工作原理
制动系统的一般工作原理是，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。 简单的刹车路线如下所示：

图1-2刹车系统原理
可用如图1-3所示的一种简单的液压制动系统示意图来说明制动系统的工作原理。

图1-3 制动系统工作原理示意图 
1.制动踏板 2.推杆 3.主缸活塞 4.制动主缸 5.油管 6.制动轮缸 7.轮缸活塞 8.制动鼓 9.摩擦片 10.制动蹄 11.制动底板 12.支承销 13.制动蹄回位弹簧
一个以内圆面为工作表面的金属制动鼓固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板上，有两个支承销，支撑着两个弧形制动蹄的下端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片。制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管5与装在车架上的液压制动主缸相连通。主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。
要使行驶中的汽车减速，驾驶员踏下制动踏板1，通过推杆2推动主缸活塞3，使制动主缸4内的油压升高，推动液压油通过油管5使得制动轮缸6中的油压升高，推动制动轮缸活塞7在油压的作用下将制动蹄10压向制动鼓，靠制动蹄10上的摩擦片9与制动鼓8产生摩擦力矩，这样就使不旋转的制动蹄对旋转的制动鼓产生一个反向的制动力矩，制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间由附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力,同时路面对车轮有一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车身，产生一个减速度。制动力越大，则汽车的减速度越大，制动时间和距离越短。当放开制动踏板时，制动蹄回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩和制动力消失，制动作用即行消失。
显然，阻碍汽车运动的制动力不仅取决于制动力矩,还取决于轮胎和路面间的附着条件。如果完全丧失附着，则这种制动系统不可能产生制动汽车的效果。
§1.3制动系统的分类
§1.3.1 按制动系统的作用分类
制动系统可分为驻车制动系统、行车制动系统、辅助制动系统及应急制动系统等。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；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；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；

图1—4 汽车制动系的基本部件
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时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。
§1.3.2按制动系统的操纵能源分类
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。
§1.3.3按制动能量的传输方式分类
制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。
§1.4 制动系统的重要性
汽车作为陆地上的现代重要交通工具，有许多保证其使用性能的大部件，即所谓“总成”组成，制动系就是其中一个重要的总成。它既可以使行驶中的汽车减速，又可以保证停车后的汽车驻留原地不动。由此可见汽车制动系对于汽车行驶的安全性和停车的可靠性起着重要的保证作用。
当今，随着高速公路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增大，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。因为只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见，对汽车制动系的结构分析与设计计算也就显得非常重要了。

第二章 制动器的类型及选择
汽车制动器几乎均为利用旋转元件与固定元件两工作面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。即摩擦式的。但用于山区行驶的汽车上的辅助制动装置，则是利用发动机排气制动或电涡流制动等缓速措施，对下坡的汽车进行减缓或稳定车速的。
汽车制动器按其在汽车上的位置分为中央制动器和车轮制动器。前者是安装在传动系的某个轴上，例如装在变速器或分动器的第二轴的后端或传动轴的前端，并用手操纵杆进行操纵，故又称为手制动；后者安装在车轮处，并采用脚踩制动踏板进行操作，故又称为脚制动。
摩擦式制动器按其旋转元件的不同又可分为鼓式制动器和盘式制动器。盘式制动器和鼓式制动器的结构如下：

图2-1盘式制动器和鼓式制动器
本次设计车型为中档轿车，全部车轮选择盘式制动器，下面对其进行介绍和计算。
§2.1 盘式制动器
按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。盘式制动器的结构如右图所示：

图2-2盘式制动器安装结构
钳盘式制动器(图2—3)的固定摩擦元件是制动块，装在与车轴连接且不能绕车轴轴线旋转的制动钳中。制动衬块与制动盘接触面很小，
在盘上所占的中心角一般仅，故这种盘式制动器又称为点盘式制动器。

a) 固定钳式 b) 滑动钳式 c) 摆动钳式
图2-3 盘式制动器的分类
全盘式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，作用原理如同离合器，故又称离合器式制动器。全盘式中用得较多的是多片全盘式制动器。多片全盘式制动器既可用作车轮制动器，也可用作缓行器。
钳盘式制动器按制动钳的结构不同，可以分为固定钳式盘式制动器和浮动钳式盘式制动器。而浮动钳盘式制动器分为滑动钳式和摆动钳式。

§2.1.1 固定钳式盘式制动器
如图2-3a所示，制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动。这种形式也称为对置活塞式或浮动活塞式。

§2.1.2 浮动钳式盘式制动器
浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的，其浮动方式有两种，一种是制动钳体可以作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支撑销摆动。故有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分，如图2-4所示。

图2-4 浮动钳式盘式制动器工作原理
（a）滑动钳式盘式制动器 （b）摆动钳式盘式制动器
1—制动盘；2—制动钳体；3—制动块总成；
4—带磨损警报装置的制动块总成；5—活塞；6—制动钳支架；7—导向销
（1）滑动钳式盘式制动器 如图2-3b所示，制动钳可以相对于制动盘做轴向滑动，其中只在制动盘的内侧置有液压缸，外侧的制动块固装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动块压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘的另一侧，直到两制动块受力均等为止。
(2)摆动钳式盘式制动器 如图2-3c所示，它也是单侧液压缸结构，制动钳体与固定于车轴上的支座铰接。为实现制动，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。显然，制动块不可能全面均匀地磨损。为此，有必要将衬块预先做成楔形(摩擦面对背面的倾斜角为6°左右)。在使用过程中，衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般为1mm左右)后即应更换。
固定钳式的优点有：除活塞和制动块以外无其它滑动件，易于保证钳的刚度；结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多；容易实现从鼓式到盘式的改型；很能适应不同回路驱动系统的要求(可采用三液压缸或四液压缸结构)。
固定钳式的缺点有：至少有两个液压缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通，这一方面使制动器的径向和轴向尺寸增大，增加了在汽车上的布置难度，另一方面增加了受热机会，使制动液温度过高而汽化；固定钳式制动器要兼作驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或是采用的盘鼓结合式制动器。辅助制动钳结构比较简单、摩擦衬块面积小。盘鼓结合式制动器中，鼓式制动器直径尺寸较小，常采用双向增力式鼓式制动器。与辅助制动钳式比较，它能产生可靠的驻车制动力矩。
浮动钳式制动器的优点有：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能更进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化可能性小；成本低；浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。
制动钳的安装位置可以在车轴之前或之后。制动钳位于轴后能使制动时轮毂轴承的合成载荷F减小；制动钳位于轴前，则可避免轮胎向钳内甩溅泥污。
与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：
1)热稳定性好。原因是一般无自行增力作用，衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。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，从而降低了制动效能，这称为机械衰退。制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题。因此，前轮采用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏。
2)水稳定性好。制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，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，使系统有较高的可靠性和安全性。
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，故衬块磨损也均匀。
7)更换衬块工作简单容易。
8)衬块与制动盘之间的间隙小，这就缩短了制动协调时间。
9)易于实现间隙自动调整。
盘式制动器的主要缺点是：
1)难以完全防止尘污和锈蚀(封闭的多片全盘式制动器除外)。
2)兼作，驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。
3)在制动驱动机构中必须装用助力器。
4)因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。盘式制动器在轿车前轮上得到广泛的应用。
盘式制动器尤其是浮动钳式盘式制动器已十分广泛地应用于轿车的前轮。与后轮鼓式制动器配合，也可使后轮制动器较容易地附加驻车制动的驱动机构，兼作驻车制动器之用。有些高性能的轿车的前后轮均采用了盘式制动器，主要是为了保持制动力分配的稳定。
盘式制动器也开始应用于某些不同等级的客车和载货汽车上。有些重型载货汽车采用多片全盘式制动器以获得较大的制动力矩，但其制动盘的冷却条件差，温升较大。
第三章 制动系的主要相关参数及其选择
在制动器设计中需要预先给定的整车参数有：汽车轴距；汽车空载及满载时的总质量，、；空载时的轴荷分配，包括前轴负荷、，及后轴负荷、；空载时的质心位置，包括质心高度、，质心距前轴距离、，质心距后轴的距离、；车轮滚动半径等，而对汽车制动性能有重要影响的制动系参数有：制动力及其分配系数、同步附着系数、制动强度、附着系数利用率、最大制动力矩和制动器因数等。
表3-1主要整车参数
载荷项目名称
数值
汽车总质量
1922
整车整备质量
1547
装载质量
375
最高速度
>200
轮胎规格
235/45R17
质心高度
空载时
满载时
520
510
质心距后轴距离

1736
质心距前轴距离

1054

§3.1 制动时汽车的方向稳定性
制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或者前轮失去转向能力而使汽车失去转向能力而使汽车失去控制离开原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶轨道、下沟、滑下山坡的危险情况。
汽车的跑偏是制动时自动向左或向右偏驶的情况。由于左右车轮，特别是前轴左右车轮制动器的制动力不相等；制动时悬架导向杆系在运动学上不协调。第一个是由于制造、调整误差造成的；第二个是由于设计造成的，制动时总是向左（或向右）一方跑偏。所以制动器起的用非常重要。
制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，可能引起汽车的回转运动，严重时可能产生汽车掉头现象。发生这种现象主要由于后轴车轮比前轴车轮先抱死拖滑，这种现象对于驾驶者来说非常危险。如果前后轴的车轮同时抱死或者前轮抱死后轮不抱死可以防止这种现象，但是前轮先抱死使汽车将失去转向能力，这种现象也是导致交通事故的重要原因之一。
§3.2 制动力与制动力分配系数的相关计算
制动时作用在汽车上的力如下图所示：
图3-1 制动时作用在汽车上的力
其中：—汽车重力；—前轮制动力；—后轮制动力；—汽车总质量；—作用在汽车重心上的惯性力（）；—重心距后轮中心距的距离；—重力加速度；—重心距前轮中心线的距离；—汽车的重心高度；—制动减速度；
选取空载时的同步附着系数

则制动力分配系数：
（3-1）
即：
（3-2）
式中：-—制动力分配系数
—为同步附着系数
—为汽车总的制动器制动力，；
—为前制动器制动力，；
—为后制动器制动力 ，N；
—为汽车重心高度 ，mm ；
—为汽车轴距 ，mm ；
—为质心距前轴距离 ，mm ；
—为质心距后轴距离 ，mm。
在目前大多数两轴汽车的前、后制动器制动力之比值为一定值，并以前制动器制动力与汽车总的制动器制动力之比来表明分配的比例，称为汽车制动器制动力分配系数。
所以由式3-2可以反推出满载时的同步附着系数
（3-3）
为同步附着系数。它是汽车制动性能的一个重要参数，由汽车结构参数所决定的。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、后车轮制动器才会同时抱死，当汽车在不同值的路面上制动时，可能有以下3种情况。
（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，这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性
（3）当时：制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定状况，但也丧失了转向能力。
为了防止汽车制动时前轮失去转向能力和后轮产生侧滑，希望在制动过程中，在即将出现车轮抱死但尚无任何车轮抱死时的制动减速度为该车产生最高减速度。只有在的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。附着条件的利用情况可以用附着系数利用率来表示，定义为
（3-4）
式中：—汽车总的地面制动力，；
—汽车所受重力，；
—制动强度。
§3.3 制动强度和附着系数利用率的计算
经查阅一些资料，显示路面附着系数在左右，所以不妨设路面附着系数为。
空载时 可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即，所以得
（3-5）
制动强度：
( 3-6 )
附着系数利用率
（3-7）
（1）满载时 ，可能得到的最大总制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，即，所以
（3-8）

制动强度：
（3-9）
附着系数利用率：
（3-10）

表3-2：制动力分配特性

制动力分配系数
汽车轴距
质心到后轴距离（）
质心高度
同步附着系数
附着系数利用率
制动强度
空载
0.74
2800

520
0.6
0.96
0.73
满载
1736
510
0.9
0.92
0.64

§3.4 制动器的最大制动力矩的确定
所以车轮有效半径为：

轮辋半径：

在本次设计的轿车，满载时的总制动力矩大于空载时的总制动力矩，所以在计算时只算出满载时的最大总制动力矩。对于轿车来说应从保证汽车制动时的稳定性能出发，来确定各轴的最大制动力矩。根据汽车满载在沥青，混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前后轮制动器的最大制动力矩
（3-11）
其中为制动强度，为车轮有效半径，为后轮制动力矩。
在这里，,q=0.64

为前轮制动力矩：
（3-13）
§3.5 制动器因数选择
是表示制动器效能的参数，实质是制动器在单位输入压力或力的作用下所能输出的力或力矩，用于不同结构型式的制动器效能。制动器因数可定义为在制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即
（3-14）
式中：—制动器的摩擦力矩，；
—制动盘的作用半径，；
—输入力，一般取加于两制动块的压紧力的平均值为输入力，。
对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为，则制动盘在其两侧工作面的作用半径上所受的摩擦力均为，此处为盘与制动衬块间的摩擦系数，于是钳盘式制动器的制动因数为
（3-15）
取，则：。
§3.6 应急制动和驻车制动所需的制动力矩
§3.6.1.应急制动时的制动力矩
应急制动时，前轮一般将抱死滑移，故后桥制动力为：
（3-16）
此时所需的后桥制动力矩为：

现用后轮制动器作为应急制动器，则单个后轮制动器的制动力：
§3.6.2.驻车制动时的制动力矩
汽车上坡停驻时，后桥附着力为：
（3-18）
汽车在下坡停驻时，后桥附着力为：
（3-19）

图3—2 汽车在上坡路上停驻时的受力简图
汽车可能停驻的极限上坡路倾角1，可根据后桥上的附着力与制动力矩相等的条件求得，由

即：
是保证汽车上坡行驶的纵向稳定性的极限坡路倾角。同理可推出汽车可能停驻的极限下坡路倾角为 ：

在安装制动器的空间，制动驱动力源等条件允许的范围内，应力求后桥上上驻车制动力矩接近由所确定的极限值：

并保证下坡路上停驻的坡度不小于法规的规定值。

第四章 盘式制动器的主要参数
§4.1 盘式制动器的结构图

图4-1盘式制动器的结构图

§4.2盘式制动器主要参数的选择
1 制动盘的直径D的确定
制动盘直径希望尽量大些，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。但制动盘直径受轮辋直径的限制，通常，制动盘的直径选择为轮辋直径的。所以
轮辋半径：
制动盘外径：，取
材料选取：制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，或用添加Cr、Ni等合金铸铁制成，其结构形状有平板形和礼帽形，本次选用礼帽形。

图4-2制动盘的形状图
2 制动盘厚度的确定
制动盘厚度直接影响着制动盘质量和工作时的温升。为使质量不至太大，制动器厚度应取适当小些；为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度不宜过小。所以选制动盘厚度。
3 摩擦衬块内半径与外半径的确定
因为推荐摩擦衬块的外半径和内半径的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内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。所以选取摩擦片取外半径，内半径
4 摩擦衬块工作面积的确定
推荐根据制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在范围内选取。经计算选取摩擦面积：
5 摩擦材料的选取
摩擦材料应具有以下的特点：
（1）具有一定的稳定的摩擦因数。
（2）具有良好的耐磨性。
（3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。
（4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。
（5）应采用对人体无害的摩擦材料。
（6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。
（7）摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。
制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性要好，不应再温升到某一数值后摩擦系数急剧下降，材料应具有好的耐磨性，低的吸水性，低的压缩率，低的热传导率和低的热膨胀刚率，高的抗拉、抗压、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性性能。通常摩擦材料的摩擦系数稳定值约为0.3～0.5，少数可达到0.7。本设计采用。
在制动器中广泛采用的是模压材料，它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂与噪音消除剂等混合后，在高温下模压成型的。在本次设计的盘式制动器中也采用此种材料。
§4.3制动盘与衬块之间的间隙自动调整
间隙过大会产生以下的影响:
Ⅰ：产生制动作用的时间增长；
Ⅱ：同步制动性能变坏；
Ⅲ：增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板或手柄行程增大。
盘式制动器制动盘与衬块之间的间隙的调整方法。

图4-3 盘式制动器的活塞密封圈
a)制动状态 b）不制动状态
1-活塞 2-制动钳 3-密封圈
由图所示，盘式制动器是利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定隙所需的活塞设定行程。
另外，制动器在工作过程中会由于摩擦衬块或摩擦衬片的磨损而使间隙加大，因此制动器还必须设有间隙调节机构。如下图就是盘式制动器的间隙自调机构。

图4-4 盘式制动器的间隙自调装置
1-活塞2-制动盘3-挡圈
4-弹簧罩5-摩擦环片6-摩擦销
7-隔环8-压缩弹簧9-隔套
§4.4 盘式制动器制动力矩的计算
盘式制动器若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
（4-1）
式中：—摩擦系数；
—单侧制动块对制动盘的压紧力，；
—作用半径，。

图4-5 盘式制动器的计算用简图
对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，则取R为平均半径Rm或有效半径Re已足够精确。如图所示，平均半径为
Rm= ﹙4-2﹚
Rm=

图4-6钳盘式制动器的作用半径计算用图
式中：，—扇形摩擦衬块的内半径和外半径
如图4-6所示，在任一单元面积上的摩擦力对制动器中心的力矩为，式中为衬块与制动盘之间的单位面积上的压力，则单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩为
（4-3）
单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为
（4-4）
得有效半径为
（4-5）
已知：，。所以可得此制动器的有效半径：

由上述知:
制动盘单侧压紧力的确定，即制动轮缸对制动衬块的压紧力。
则单侧压紧力为 （4-6）
式中:P—考虑制动力调节装置作用下的轮缸或管路液压，取P=9.43MPa，同时满足前轮制动要求。
轮缸直径应在GB 7524—87标准规定的尺寸系列里选取，轮缸直径的尺寸系列为
14.5，16，17.5，19，20.5，22，﹙22.22﹚，﹙23.81﹚，24，﹙25.40﹚，26，28，﹙28.58﹚，30，32，35，38，42，46，50，56㎜。
由实验数据前轮取,
制动轮缸的截面积
（4-7）
则
摩擦衬块的摩擦系数：
制动器的最大制动力矩为：
（4-8）
§4.5 摩擦衬块的磨损特性的校核
各种汽车的总质量及其制动衬片（衬块）的摩擦面积各不相同，因而有必要用一种相对的量作为评价能量负荷的指标。目前，各国常用的指标是比能量耗散率，即单位时间内衬片（衬块）单位面积耗散的能量，通常所用的计算单位为。比能量耗散率有时也称为单位功负荷，或简称能量负荷。
双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率分别为
（4-9）
（4-10）
（4-11）
式中：—汽车总质量，Kg；
—汽车回转质量系数；
—制动初速度和终速度，；
—制动减，；
—制动时间，；
、—前，后制动器衬片（衬块）的摩擦面积，；
—制动力分配系数。
在紧急制动到停车的情况下，,并可认为，故
(4-12)
(4-13)
乘用车的盘式制动器在和的条件下，比能量耗散率应不大于。
由于采用前盘后鼓，所以仅计算前轮衬块的摩擦特性。
s

另一个磨损特性指标是 衬片（衬块）单位摩擦面积的制动器摩擦力，称为比摩擦力。比摩擦力越大，则磨损越严重。单个车轮制动器的比摩擦力为
（4-14）
式中：—单个制动器的制动力矩，；
—制动盘半径（衬块平均半径或有效半径），；
—单个制动器的衬片（衬块）摩擦面积，；
所以：

磨损和热的性能指标也可用衬片在制动过程中由最高制动速度初速度至停车所完成的单位衬块面积的滑磨功，即比滑磨功来衡量：
（4-15）
式中：—汽车总质量，；
—汽车最高速度，；
—车轮制动器各制动衬块的总摩擦面积，；
—许用比滑磨功对轿车取
所以：

其中：
综上可以得出本次设计的盘式制动器在各项主要参数中是满足要求的。
第五章 制动器驱动机构的结构型式选择及设计计算
人力制动系是靠司机作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源。力的传递方式又有机械式靠杆系或钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低故仅用于中、小型的驻车制动中。液压式简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短，工作压力高（可达），轮缸尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构，使之结构简单、紧凑、质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输，使制动效能降低甚至失效。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车及部分中型货车上。
§5.1 制动缸液压传动装置的工作原理
当制动时，推杆推动活塞和皮碗向前运动，活塞上的单向阀和回油阀关闭，回位弹簧被压缩，主缸内油压升高，出油阀打开，高压制动液便经管路到各个分泵，与此同时，制动灯开关由于油压作用而使电路接通，制动灯开亮。
当放松制动踏板时，活塞在回位弹簧作用下向后移，主缸油压下降，轮缸中的高压油推开回油阀而流回主缸。在此过程中，出油阀和活塞上的单向阀均关闭。当油管内压力消失后，制动灯开关便断开，制动灯熄灭。
当迅速放松制动时，主缸活塞在回位弹簧作用下迅速后移，主缸工作腔内的容积突然增大，轮缸内的油来比及迅速返回，在回油孔未被打开前，工作缸内产生一定的真空度，使工作腔同样与活塞后端环形油腔间形成压力差。在此压力差作用下，环形油腔内的油便打开活塞顶上的单向阀，经活塞上六个小孔以及打开的皮碗和缸筒之间的密封环带流入工作腔，贮油缸中的油液经补偿孔进入环形油室。在此状态下，若再踏下踏板，将会有更多的油液流入各轮缸，使制动效能提高。

（a）

图5—1 液压简单制动系示意图及制动主缸
（a）液压简单制动系示意图；（b）制动主缸
1—前轮制动器；2—制动轮缸；3,6—油管；4—制动踏板；5—制动主缸；7—后轮制动器；9—活塞推杆；10—加油塞；11—通气孔；12—挡油盘；13,14—油孔；15—止推垫圈锁环；16,20—空载；17—活塞；18—孔；19—橡胶皮碗；21,22—弹簧；23—回油阀；25—导油座
§5.2 液压伺服制动系的类型及选择
液压伺服制动系是以发动机驱动液压油泵产生的高压油液为伺服装置，且基本上均为助力式的。由于这种制动系的工作压力很高，因此可大大地减小伺服装置机构的尺寸，且制动反应快，但对零部件的加工精度和密封性要求很高。仅用于高级轿车。
液压伺服制动系的系统功能装置通常与动力转向系统等共用液压油泵及储

图5—2 开式（常流式）液压伺服制动系的回路图
1—液压油泵及储油罐；2—动力转向器；3—伺服缸及控制阀；4—制动主缸；5—低压警报器开关；6—前盘式制动器；7—后鼓式制动器

图5—3 闭式（常压式）液压伺服制动系的回路图
1—储油罐；2—报警灯；3—自动平衡系统；4—调节阀；5—制动压力调节阀；6—液压助力器及制动主缸；7—储能器；8—液压油泵；9—动力转向系统
油罐。传能装置与其他伺服制动系一样仍有制动主缸，但伺服机构为液压助力器，后者由伺服缸及控制阀组成。按系统的工作方式分为开式（常流式）和闭式（常压式）两种。前一种系统在不制动时，由液压油泵产生的高压油液在无负荷情况下经助力器到储油罐不断地循环流动。制动时助力器流回储油罐的通道被切断，在助力器内腔产生了压力而引起伺服作用。后一种即闭式系统的液压油泵产生高压油液冲进储能器中，不制动时助力器内腔与储油罐相同，制动时储能器中的高压油液进入助力器内腔产生了压力。在本次设计的液压伺服装置中采用开式的液压伺服装置。
§5.3 制动管路的分路系统
为了提高制动工作的可靠性，应采用分路系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或更多的互相独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制动作用。
双轴汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路形式：

图5—4 分路系统
1）一轴对一轴（Ⅱ）型，前轴制动器与后桥制动器各有一个回路。
2）交叉型（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，两侧前制动器的半数轮缸和全部后制动轮器轮缸同属一个回路，其余前轮缸则属于另一回路。
4）半轴一轮对半轴一轮（LL）型，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起作用。
5）双半轴对双半轴(HH)型，每个回路均只对每个前、后制动器的半数轮缸起作用。
Ⅱ型的管路布置较为简单，可与传统的单轮缸鼓式制动器配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别是商用车上用的最为广泛。对于这种形式，若后制动回路失效，则一旦前轮抱死极易丧失转弯制动能力。对于采用前轮驱动因而前制动器强于后制动器的乘用车，当前制动回路失效后而单用后桥制动时，制动力严重不足，并且，若后桥负荷小于前轴负荷，则踏板力过大时易使后桥车轮抱死而汽车侧滑。
Ⅹ型的结构也很简单。直行制动时任一回路失效，剩余的总制动力都能保持正常值的50%。但是某一管路损坏造成制动力不