轿车盘式制动器结构设计毕业设计.doc

上海工程技术大学毕业设计（论文） 轿车盘式制动器结构设计

摘 要

汽车的设计与生产涉及到许多的领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。随着汽车的行驶速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能，长寿命的制动系统。
鉴于制动系统的重要性，本次设计的主要内容是轿车制动器结构设计。本文从制动系的功用及设计的要求出发，依据给定的设计参数，进行了方案论证，对各种形式制动器的优缺点进行了比较后，在前盘后鼓的基础上改为前后均为盘式制动器。在此基础上选择了简单液压驱动机构和双管路系统，选用了间隙自动调节装置，采用比例阀作为制动力的调节装置。仿真结果表明，轿车制动器结构的设计保持了制动力分配系数的稳定，改善了汽车的制动稳定性，简化了汽车的制动装置，减轻了整车质量，从而提高了汽车在行驶过程中的安全性与稳定性。
关键词：制动钳，制动盘，制动轮缸，制动衬片

ABSTRACT

Automobile design and production are involved in many fields, its unique safety, economy, comfort and so many indicators, also raised taller requirement to the design. Automobile braking system is an important vehicle active safety system, and its performance depends on car has an important influence on road safety. As the vehicle of the speed and pavement situation was complex degree rise, more require high-performance, long life of brake system.
In view of the importance of brake system, the design of the main content is a transport vehicles, the brake from brake system function and design, according to the requirement of design parameters, given the scheme comparison. On all forms of brake their advantages and disadvantages are discussed, based on HouGu have in QianPan instead of before and after are disc brakes, maintain braking force distribution coefficient, improves the stability of the braking stability and simplify the automobile braking device, reduce the vehicle quality, thereby improving the car while driving in the process of security and stability. Choose a simple hydraulic driving mechanism and double pipeline system, chose clearance automatic adjusting device, proportional valve as brake force adjusting device
Keywords: brake disc, Brake wheel cylinder, Brake caliper, Braking facings formulations

轿车盘式制动器结构设计

1、引言
1.1 汽车制动系概述
使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已经停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。
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外力。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，但这外力的大小是随机的，不可控制的。因此，汽车上必须设一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界在汽车上某些部分施加一定的力，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，统称为制动力。这样的一系列专门装置即成为制动系。
1. 制动系的功用：使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠的停在原地或坡道上。
2. 制动系的组成
任何制动系都具有以下四个基本组成部分：
（1）供能装置——包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。其中，产生制动能量的部位称为制动能源。
（2）控制装置——包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。
（3）传动装置——包括将制动能量传输到制动器的各个部件。
（4）制动器——产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系中的缓速装置。
较为完善的制动系还具有制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等附加装置。
3. 制动系的类型
（1）按制动系的功用分类
1）行车制动系——使行使中汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。
2）驻车制动系——是以停止的汽车驻留在原地不动的一套装置。
3）第二制动系——在行车制动系失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。在许多国家的制动法规中规定，第二制动系是汽车必须具备的。
4）辅助制动系——在汽车长下坡时用以稳定车速的一套装置。
（2）按制动系的制动能源分类
1）人力制动系——以驾驶员的肢体作为唯一的制动能源的制动系。
2）动力制动系——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制动系。
3）伺服制动系——兼用人力和发动机动力进行制动的制动系。
按照制动能量的传输方式，制动系又可分为机械式、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。
汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件。当驾驶员踩下制动踏板时，制动动作开始。踏板装在顶端带销轴的杆件上。踏板的运动促使推杆移动，移向主缸或离开主缸。
主缸安装在发动机室的隔板上，主缸是一个由驾驶员通过踏板操作的液压泵。当踏板被踩下，主缸迫使有压力的制动液通过液压管路到四个车轮的每个制动器。液压管路由钢管和软管组成。它们将压力液从主缸传递到车轮制动器。
盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。制动盘装在轮级上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动。

图1-1 汽车制动系统的基本部件
1.液压助力制动器 2.主缸和防抱死装置 3.前盘式制动器 4.制动踏板 5.驻车制动杆 6.防抱死计算机 7.后盘式制动器
防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用。此外，由于含有石棉的摩擦材料在石棉有致癌公害问题已被淘汰，取而代之的各种无石棉型材料相继研制成功。
1.2 设计的意义
制动器是影响汽车安全性的一个重要部件。因此，能够设计，制造出具有高制动性、可靠性的制动器是改善汽车设计的一个重要环节。
本次设计遵循以下原则：首先满足制动器效能，再考虑降低生产成本，减少体积和质量，在选择材料和机械加工方法中还要考虑环保问题。
本制动系采用X型双回路系统以提高制动系的可靠性，在一个回路失效时，其制动效能仍可保持原制动效能的50%。采用真空助力器，使操纵更轻便，减少驾驶员的疲劳。在前、后轮的制动力分配计算中采用了最新计算公式，使制动力分配更合理，提高了汽车的制动稳定性。
总之，通过本次设计，使制动器性能得到改善、成本降低，与此同时，还减少了制动器生产及使用过程中对周围环境的污染。
本次设计在于改善汽车的制动系统，提高整车的制动性能，保证人乘的安全性。
2 制动器设计方案的论证和选择
2.1制动器设计要求
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相指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠的停驻的最大坡度来评定的。详见GB/T7258-2004
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（或手触动制动手柄）时起至机动车停住时止机动车驶过的距离。
制动减速度：是指机动车制动时车速对时间的导数。
制动稳定性要求：是指制动过程中机动车的任何部位（不计入车宽的部位除外）不允许超出规定宽度的试验通道的边缘线。
表（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
三轮汽车
20
≤5.0
2.5
乘用车
50
≤20.0
≤19.0
2.5
总质量不大于 3500kg 的低速货车
30
≤9.0
≤8.0
2.5
其它总质量不大于 3500kg 的汽车
50
≤22.0
≤21.0
2.5
其它汽车、汽车列车
30
≤10.0
≤9.0
3.0
两轮摩托车
30
≤7.0
——
边三轮摩托车
30
≤8.0
2.5
正三轮摩托车
30
≤7.5
2.3
轻便摩托车
20
≤4.0
——
轮式拖拉机运输机组
20
≤6.5
≤6.0
3.0
手扶变型运输机
20
≤6.5
2.3

表（2）制动减速度和制动稳定性要求
机动车类型
制动初速度km/h
满载检验充分发出的平均减速度m/s2
空载检验充分发出的平均减速度m/s2
试验通道宽度m
三轮汽车
20
≥3.8
2.5
乘用车
50
≥5.9
≥6.2
2.5
总质量不大于 3500kg 的低速货车
30
≥5.2
≥5.6
2.5
其它总质量不大于 3500kg 的汽车
50
≥5.4
≥5.8
2.5
其它汽车、汽车列车
30
≥5.0
≥5.4
3.0

2. 工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，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值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构则各自独立。
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. 防止水和泥进入制动器工作表面。
5. 制动能力的热稳定性良好。
6. 操作轻便，并具有良好的随动性。
7. 制动时，制动系产生的噪声应尽可能小，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。
8. 作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。
9. 摩擦片应有足够的使用寿命。
10. 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。
11. 当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本供能遭到破坏时，汽车制动系应有音响或光信号等报警装置。

2.2制动器设计的一般原则
1. 制动器效能，指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。在评比不同结构形式的制动器效能时，常用一种称为制动效能因数的无因次指标。制动效能因数的定义为：在制动鼓和制动盘的作用半径上所得到的摩擦利于输入力之比。
2. 制动器效能恒定性，即汽车高速行使或下长坡连续制动时汽车制动效能保持的程度。如前所述，影响摩擦因数的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面温度和水湿程度。因为制动过程是及时把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制动效能，已成为设计汽车制动器时要考虑的一个重要问题。由于领蹄的效能因数大于从蹄，稳定性却比从蹄差，因此各种鼓式制动器的效能因数取决于两蹄的效能因数，故就整个鼓式制动器而言，也在不同程度上存在着效能本身与其稳定性的矛盾。而盘式制动器的制动效能最为稳定。
要求制动器的热稳定性好，除选择其效能因数对摩擦系数敏感性较低的制动器类型外，还要求摩擦材料有较好的抗热衰退性和恢复性，并且应使制动鼓（制动盘）有足够的热容量和散热能力。
3. 制动器间隙调整，是汽车保养作业较为频繁的项目之一。故选择调整装置的结构形式和安装位置必须保证调整操作方便。最好采用间隙自动装置。
4. 制动器的尺寸和质量。随着现代汽车车速的日益提高，处于汽车行驶稳定性的考虑，轮胎尺寸往往选择较小。这样，为了保证所要求的制动力矩而确定的制动鼓（制动盘）直径就可能过大而难以在轮毂内安装。因而应选择尺寸小而效能高的制动器形式。对于高速轿车，为提高制动时的稳定性，在前悬架（独立悬架）设计中，一般采用较小的主销偏移距。为此，前制动器位置有时不得不外移到更靠近轮毂，导致其布置困难。车轮制动器为非簧载质量，故应尽可能减轻其质量，以改善行驶平顺性。
5. 噪音的减轻。制动噪音的现象很复杂。大致来说，噪音分为低频和高频2种。在低频噪音中，常遇到的是制动时停车的喀擦声，这主要是由制动鼓或者制动钳的共振造成的。高频噪声一般可通过制动蹄或制动盘共振产生。或者是由于摩擦衬片或衬块弹性震动造成的。
影响的噪声的主要因素是摩擦材料的摩擦特性，即动摩擦系数对摩擦速度的变化关系。动摩擦系数随速度的增高而减低的程度愈大，愈易激发震动而产生噪声。此外，制动器输入压力越大，噪声也越大，而压力高大一定程度以后则不再有噪声。制动温度对噪声也有影响。在制动器的设计中采取某种措施，可以在相当的程度上消除某种噪声，特别是低频噪声。对高频的建交省的消除，目前还比较困难。应当注意，为消除噪声而采取的某种措施，有可能产生制动力矩的下降和踏板行程损失等副作用。
2.3制动器方案分析
1. 制动器分为车轮制动器和中央制动器两种，后者制动通过传动轴或变速器输出轴。所有汽车都通过车轮制动器来进行行车制动。现在。由于车速提高，对应急制动的可靠性要求也更严。目前，在中、高级轿车及部分轻型货车上已取消了中央制动器。只有在少数重型车上还保留了气压驱动中央制动器，借以提高制动系的可靠性。
因此，在轻型客车上亦取消了中央制动器，仅使用车轮制动器。
2. 耗散汽车能量方式的选择
就其耗散汽车能量的方式可分为：摩擦式、液力式和电磁式几种。电磁式制动器虽有作用滞后小、易于连接且接头可靠等优点，但因成本高而只在一部分重型汽车上用来做车轮制动器或缓速器。液力式制动器只用作缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，分为鼓式、盘式和带式三种。

2.4制动驱动机构的选择
液压式驱动机构：
优点：
a.安全性强，因为液压系统内系统内压力相等，左右轮制动同时进行；
b.保证制动力正确分配到前、后轮；
c.车振或悬架变形不发生自行制动；
d.不须润滑和时常调整；
缺点：
a当管路一处泄漏，则系统失效；
b低温油液变浓，高温则汽化；
c不可长时间制动。
但综合来看，油压制动还是可取的，且得到了广泛的应用。
2.5制动管路的选择
出于取安全上的考虑，汽车制动应至少有两套独立的驱动制动器的管路。汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路型式：
1. 一轴对一轴（Ⅱ）型，（图a），前轴与后桥制动器各用一回路；
2. 交叉（X）型，前轴一侧车轮与后桥对侧车轮制动器同属一回路；
3. 一轴半对半轴（HI）型（图c），每侧前制动器的半数轮缸和全部后制动器轮缸属于一个回路，其余的前轮缸则属于另一个回路；
4. 半轴一轮对半轴一轮（LL）型（图d），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作用；
5. 双半轴对双半轴（HH）型（图e），每个回路均只对每个前后制动器的半数轮缸起作用。

图2-1 不同的双管路系统布置
其中Ⅱ型的管路布置最为简单，成本较低，目前在各种汽车特别是在货车上用的最广泛。但这种型式后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯能力。
X型的结构也很简单。直行制动时任何一回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50％。但一旦某一管路损坏则造成制动力不对称，使汽车丧生稳定性。因此该方案适用于主销偏移距为负值的汽车上，以改善汽车稳定性。
HI、HH、LL型的结构都较为复杂，本次设计不予考虑。X型的布置方案可适于本次设计。
2.6鼓式制动器与盘式制动器的比较分析
a.鼓式制动器可分为：领从蹄式（a图）；双领蹄式（b图）；双向双领蹄式（c图）；双从蹄式（d图）；单向增力式（e图）；双向增力式（f图）：
双领蹄式制动器的缺点是由于制动鼓转向方向的改变，使制动效能下降很多；
双向双领蹄式制动器在前进、倒车制动时效能不变，故广泛用于中、轻型货车及部分轿车的前、后轮。但用作后轮制动器时需另设中央制动器；
双领蹄式和双向双领蹄式制动器中有两个轮缸，适于双回路制动系，但轮缸、管接头增多即造价高，且易发生泄漏及振动引起的破坏等现象。
领从蹄式制动器的阿效能及稳定性适中。前进，倒车时制动效能不变，结构简单，造价低，普遍用于中、重型货车上前、后轮制动器；
增力式制动器，制动力矩较大。但其效能太不稳定，且需选用摩擦性能较稳定的摩擦衬片。单项增力式制动器在倒车时效能大为降低，只有少数轻、中型货车，轿车上用于前轮制动器。
b.盘式制动器依据其固定元件的结构型式大体上可以分为两大类。
一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器有2—4个。这个制动块及其促东装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架上，总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘是制动器。
另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形。使用这种固定元件，因其制动盘的全部工作面可同时与摩擦衬片接触的制动器称为全盘式制动器。
目前。钳盘式制动器已愈来愈多的被各级轿车和货车用作车轮制动器。全盘式制动器主要用在重型汽车上用作车轮制动器。故轻型客车的前盘式制动器选用前盘式制动器。
钳盘式制动器主要有以下几种结构型式：

固定钳式制动器，如图（a）所示，制动盘两侧均有油缸。制动时，仅两侧油缸中的活塞驱使两侧制动块向盘面移动。这种制动器主要优点：
1. 除活塞和制动块外无其它滑动件，易于保证钳的刚度；
2. 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；
3. 很能适应分路系统的要求；
就目前汽车发展趋势来看，随着汽车性能要求的提高，固定钳结构上的缺点也日益明显。主要有以下几个方面：
1. 固定钳式至少要有两个油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（桥管）来连通，这就使制动器的径向和轴向的尺寸都比较大，因而在车轮中布置比较困难；
2. 在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，从而使制动器的制动效能受到影响；
3. 固定前盘式制动器为了要兼充驻车制动器，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，或者采用盘鼓结合式制动器，其中用于驻车制动的鼓式制动器只能是双向增力式的，但这种双向增力式制动器的调整不方便。
浮动钳式制动器可分为滑动钳式（图b）和摆动钳式（图c）。与固定钳式制动器相比较，其优点主要有以下几个方面：
1. 钳的外侧没有油缸，可以将制动器进一步移近轮毂。因此，在布置时比较容易；
2. 浮动钳没有跨越制动盘的油管或油道，减少了受热机会，且单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽减少而冷却条件较好等原因，所以其制动液汽化可能性较小；
3. 浮动钳的同一组制动块可兼用于行车和驻车制动；
4. 采用浮动钳可将油缸和活塞等紧密件减去一半，造价大为降低。这一点对大批量生产的汽车工业式十分重要的。
目前各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式，前者的摩擦幅中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘转的制动盘，一段面为工作表面。
与鼓式制动器相比较，盘式制动器有如下优点：
1. 一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定。
2. 浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常。
3. 在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小。
4. 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏扳行程过大。
5. 较易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。
与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下缺点：
1. 效能较低，故用于液压制动系时所需制动促动管路压力较高，一班要用伺服装置。
2. 兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂，因而在后轮的应用受到限制。
2.7制动器间隙自动调整装置

图2-4 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
最简单的间隙自调方式是利用制动钳中橡胶密封圈的极限弹性变形量来保持制动时为消除设定间隙所需设定活塞行程△，当衬块磨损而导致所需的活塞行程大于△时，活塞可在液压作用下克服密封圈的摩擦力继续前移实现完全制动为止。活塞与密封圈之间这一不可恢复的相对位移便衬尝了过量间隙。
本章阐述了制动器设计的基本要求及一般原则要求。液压驱动机构的优点，制动管路有五种分路形式。
鼓式制动器可分为：领从蹄式；双领蹄式；双向双领蹄式；双从蹄式；单向增力式；双向增力式。
钳盘式制动器可分为：固定钳式；滑动钳式；摆动钳式，并介绍了各自的优点。制动器间隙是通过橡胶密封圈的变形来调整。

3 制动系的主要参数及其选择
3.1制动力与制动力分配系数
准确称取2.0g（精确至0.01g）试样两份（供平行试验用），置于40ml样品瓶内，用衬有聚四氟乙烯（PTFE）隔垫的瓶塞封口。将样品放置于60℃烘箱内平衡30min，然后采用顶空方式进行固相微萃取。固定好样品瓶，调节SPME针头使其穿透样品隔垫。推手柄杆将纤维置于样品上方1mm为宜。再放置在60℃烘箱内平衡15min，完成吸附。
汽车制动时，若忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，则对任一角速度的车轮，其力矩平衡方程为
(3-1）
式中：——制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，
——地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面制动力。其方向与汽车行驶方向相反，N；
——车轮有效半径，m。
令 （3-2）
并称之为制动器制动力，它是轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，因此又称为制动周缘力。与地面制动力的方向相反，当车轮角速度时，
大小亦相等，且取决于制动器的结构形式、结构尺寸、摩擦副的摩擦系数与车轮有效半径等，并与制动踏板力成正比。当加大踏板力以加大时均随之增大。但地面制动力受附着条件的限制，其值不可能大于
附着力，即 （3-3）
式中：——轮胎与地面间的附着系数
Z——地面对车轮的法向反力。
当制动器制动力和地面制动力达到附着力的值时，车轮即被抱死并在地面上滑移。此后制动力矩表现为静摩擦力矩，而即成为与地面制动力相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。当制动到车轮角速度为0以后，地面制动力达到附着力力后就不在增大，而制动器制动力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升。

如上图所示汽车在水平路面上制动时的受力情况。对后轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为
(3-4)
对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为
(3-5)
式中：——汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N；
——汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N；
——汽车轴距，mm；
——汽车质心离前轴的距离，mm；
——汽车质心离后轴的距离，mm；
——汽车质心高度，mm；
M——汽车质量，kg；
G——汽车所受重力，N;
——汽车制动减速度，;
根据上述汽车制动时的整车受力分析，考虑到汽车制动时的轴荷转移及G=mg，则可求得汽车制动时水平地面对前、后轴车轮的法向反力Z1，Z2分别为
（3-6）
（3-7）
令，q称为制动强度，则汽车制动时水平地面对汽车前、后轴车轮的法向反力Z1，Z2又可表达为
（3-8）
若在附着系数为的路面上制动，前、后轴车轮均抱死，此时汽车总的地面制动力等于汽车前、后轴车轮的总的附着力,亦等于作用于质心的制动惯性力，即有
（3-9）
汽车总的地面制动力为
=10815N
汽车在附着系数为任一确定值的路面上制动时，各轴车轮附着力即极限制动力并非常数，而是制动强度q或总制动力的函数。当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，以及前、后车轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有3种，即
（1）前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑；
（2）后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑；
（3）前、后轮同时抱死。
在上述3种情况中，显然是第（3）种情况的附着条件利用的最好。
由式（3-7），式（3-8）不难求得在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为
（3-10）
式中：——前轴车轮的制动力；
——后轴车轮的制动力；
——前轴车轮地面制动力；
——后轴车轮地面制动力；
 前后制动器制动力的理想分配关系式为
 （3-11）
通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数，它可表示为
     （3-12）
因为，所以
（3-13）
整理式（3-4）得
       （3-14）
3.2 同步附着系数
根据峰面积，样品中丙烯腈的含量按公式（3.1）计算，结果保留小数点后两位。
具有固定的线与I线的交点处的附着系数,被称为同步附着系数。它表示具有固定线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数时由汽车结构参数决定的，它是反应汽车制动性能的参数。
同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。
同步附着系数也可用解析方法求出。设汽车在同步附着系数的路面上制动，此时汽车前、后轮同时抱死。
（3-15）
整理得：       （3-16）
(3-17)
初选   则0.69
3.3 制动器的制动扭矩
假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为
（3-18）
式中，f为摩擦因数；Fo为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不是很大，取R等于平均半径Rm，或有效半径Re，在实际上已经足够精确。

如图3-1，平均半径为
Rm=( R1+ R2)/2 （3-19）
式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。
设衬块与制动盘之间的单位压力为户，则在任意微元面积RdRdφ上的摩擦力对制动盘中心的力矩为fpR2dRdφ，而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应为单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为
故有效半径为
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12) （3-20）
可见，有效半径Re即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。上式也可写成
Re=4/3[1- R1 R2/( R1+ R2)2]( R1+ R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2] Rm
式中，m= R1/ R2
因为m<1，m/(1+m)2<1/4，故Re> Rm，且m越小则两者差值越大。
应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于0.65。
制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0.012mm，表面粗糙度为Ra0.7—1.3μm，两摩擦表面的平行度不应大于0.05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于0.03mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于HT250。
3.4 线性关系、回收率和精度的分析
汽车制动减速度，其中被称为制动强度。由前述可知，若汽车在具有同步附着系数的路面上制动，汽车的前、后轮将同时达到抱死的工况，此时的制动强度。在其他路面上制动时，既不出现前轮抱死也不发生后轮抱死的制动强度必然小于地面附着系数，即。就是说，只有在的路面上，地面的附着条件才能被充分地利用。而在的路面上，因出现前轮或后轮先抱死的现象，地面附着条件未被很好地被利用。为了定量说明地面附着条件的利用程度，定义利用附着系数为 ,   （3-21）
设汽车前轮刚要抱死或前、后轮同时刚要抱死时，汽车产生的减速度，则由式（3-21）得前轮地面法向反作用力为
          （3-22）
前轮制动器制动力和地面制动力为
        （3-23）
将式（3-11）和式(3-12)代入式（3-8），则
      （3-24）
同理可推导出后轮利用附着系数。
后轮刚要抱死时，后轮地面制动力和地面法向反作用力
          （3-25）
                （3-26）
将式（3-14）和式(3-15)代入，则
              （3-27）
对于已知汽车总质量、轴距、质心位置、、等结构参数，则可绘制出利用附着系数与制动强度的关系曲线图。附着效率是制动强度和利用附着系数之比。
它是也用于描述地面附着条件的利用程度，并说明实际制动力分配的合理性。根据附着效率的定义，有
             （3-28）
              （3-29）
式中；和分别时前轴和后轴的附着效率。
本章主要分析了制动力与制动力分配系数，同步附着系数，利用附着系数与制动效率。对制动器的制动力矩及平均有效半径进行了初步计算。

4 制动器的设计计算
4.1 原始数据及主要技术参数
表（3）
内容
数据
装备质量
1091kg
满载质量
1545kg
轴荷分配

满载时 前轴
818kg
满载时 后轴
727kg
质心高度

空载时
550mm
满载时
580mm
轴距
2471mm
前轮距
1429mm
后轮距
1422mm
总长
4415mm
总高
1415mm
质心距前轴距离
1112mm
质心距后轴距离
1359mm
4.2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%～90%。初取318mm。
制动盘直径为70%～79%轮辋直径，根据轮辋提供给制动器的可利用空间，并本着制动盘直径尽可能大的原则及运动时不发生干涉。初选制动盘的直径d＝240mm。
2．制动盘厚度h
制动盘的厚度直接影响着制动盘质量和工作时的温度。为使质量不致太大，制动盘厚度应取的适当小些；为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度又不宜过小。制动盘可以制成实心的，而为了通风散热，又可在制动盘的两工作面之间铸出通风孔道。通常，实心制动盘厚度可取为10mm～20mm;具有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸，即制动盘的厚度取为20 mm～50mm，但多采用20 mm～30mm。
本次设计选择通风式制动盘h=20㎜
3．摩擦衬块内半径R1与外半径R2
推荐摩擦衬块外半径与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，最终导致制动力矩变化大。
根据制动盘直径可确定外径R2=112㎜
考虑到R2/ R1＜1.5，可选取R1=76mm，则R2/ R1=1.47＜1.5
4．摩擦衬块工作面积
推荐根据摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在1.6kg/c㎡~3.5kg/c㎡范围内选取。汽车满载质量为1545kg。

所以A选78cm。初选摩擦系数f =0.3,制动器间隙为0.2mm.
5．摩擦块磨损均匀性验证
假设衬块的摩擦表面全部于制动盘接触，而且各处单位压力均匀，则制动器的制动力矩为
（4-1）
f 为摩擦因素,F0为单侧制动块对制动盘的压紧力，R作用半径
在实际的计算过程中，R值我们取平均值Rm就可以了，设衬块的与制动盘之间的单位压力为p,则在任意微元面积RdRdφ 上的摩擦力对制动盘的中心的力矩为fpR2dRdφ,而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应为：
（4-2）
单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为：
（4-3）
所以有效半径：

平均半径为：

因为│Re -Rm│ =1mm, Rm 和Re 之间相差不大，所以可以得出摩擦衬块和制动盘之间的单位压力分布均匀，摩擦块的磨损较为均匀。

三维模拟图（1）制动盘
4.3 制动力矩与盘的压力
假设摩擦盘完全接触，而且各处的压力分布均匀。那么盘式制动器制动力矩为：
单侧制动块对盘的压力：
后轮制动器的制动力矩：
同理前轮制动器的制动力矩为210428.4
4.4 制动轮缸直径的计算
制动轮缸对制动蹄(块)施加的张开力Fo与轮缸直径d和制动管路压力p的关系为