盘式制动器说明书.doc

毕 业 设 计
科鲁兹轿车盘式制动器设计

学生姓名：

专业班级：
交通运输（车辆工程）2010级2班

指导教师：

学 院：

2014年6月
科鲁兹轿车盘式制动器设计
摘要
在汽车结构中，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统，既可以使行驶中的汽车减速，又可以保证停车后汽车能驻留原地不动。由此可见，汽车制动系对于汽车行驶的安全性，停车的可靠性和运输经济效益起着重要的保证作用。
此次设计是针对科鲁兹轿车前轮盘式制动器进行研究和设计，根据查询的车型制动器相关资料、规范和技术标准，以及通过实验室的实体进行观察和选择，首先，对制动器的结构类型、功用、组成及设计要求进行查询和分析；其次，对盘式制动器的零部件结构进行选择和参数的计算确定；最后，对性能参数进行计算和校核。然后利用AutoCAD制图软件、UG三维设计软件完成图形的表达和制作。
关键词　盘式制动器 轿车 设计

Cruze sedan disc brake design
Abstract
In automobile structure, the braking system is the guarantee of driving safety is very important of a system that can make a moving car to slow down, and can guarantee after parking cars can reside. Thus, automobile brake system for the safety of the car, the reliability of the parking and transportation economic efficiency plays an important role in guarantee.
This design is for cruze sedan front disc brake is studied and designed, according to the vehicle brake related information, specifications and technical standards, and through laboratory physical observation and choice, first of all, the structure of brake type, function, composition and design requirements for the query and analysis; Second, the selection and parameters of the structure of disc brake parts calculated and determined; Finally, the performance parameters of the calculation and checking. Then use AutoCAD drawing software, UG finish making graphic expression and 3 d design software.

Keywords　 Disc brakes The car Design

目录
摘要
Abstract
1 前言 1
1.1 汽车制动系的现状和发展趋势 1
1.1.1 制动系的组成分类和功用 1
1.1.2 国内外盘式制动器的研究现状 2
1.2 制动系的功用及设计要求 4
1.2.1 制动系的功用 4
1.2.2 制动系的组成 4
1.2.3 制动系的设计要求 4
2 盘式制动器的方案设计 6
2.1 盘式制动器的结构形式和选择 6
2.2 制动器主要零件结构和选择 8
2.2.1 制动盘 8
2.2.2 制动钳 8
2.2.3 制动块 9
2.2.4 摩擦材料 9
2.2.5 制动间隙及调整 9
2.2.6 制动轮缸 10
3 盘式制动器的设计计算 10
3.1 盘式制动器的设计计算及主要参数的确定 10
3.1.1 已知参数 10
3.1.2 轴荷分配及同步附着系数分析 10
3.1.3 确定前后轴制动力矩分配系数 11
3.1.4 制动器制动力矩的计算 11
3.2 主要结构参数的确定 12
3.2.1 制动盘直径D 12
3.2.2 制动盘厚度h 12
3.2.3 摩擦衬块内半径R1与外半径R2 12
3.2.4 摩擦衬块工作面积A 12
3.2.5 制动减速度 12
3.2.6 制动距离S 13
3.3 制动器性能参数的确定 13
3.3.1 比能量消耗率 13
3.3.2 比滑磨功 13
3.4 制动器性能校核 14
结论 16
参考文献 17
附录 18
致谢 19

[键入文字]

1 前言
1.1 汽车制动系的现状和发展趋势
1.1.1 制动系的组成分类和功用
汽车制动系是应用于使行驶中的汽车减速或停车，使正在下坡行驶的汽车保持稳定的车速以及使已经停驶的汽车在驻留在原地（包括在斜坡上）不动的机构。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着随着汽车保有量的增加，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、停车可靠，汽车制动系的工作可靠性日益重要。也只有制动性能良好、制动工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。
制动器分车轮制动器和中央制动器两种，后者制动传动轴或变速器输出轴。由于中央制动器在应急制动时容易造成传动轴过载，现在大多数车在后轮制动器上附加手动机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动时用。
任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成(如图1-1[1][7]所示)。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动杆操纵(但也有用脚踏板操纵的，见图1-1)，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动两个后轮，有些前轮驱动的车辆装有前轮驻车制动器。中央制动器位于变速器之后的传动系中，用于制动变速器的第二轴或传动轴。行车制动和驻车制动这两套制动装置，
图1-1 汽车制动系统
（a）前后轮均安装盘式制动器；（b）前轮装盘式制动器，后轮装鼓式制动器
1-前盘式制动器；2-防抱死系统导线；3-主缸和防抱死装置；4-液压制动助力器；5-后盘式制动器；6-防抱死电子控制器（ECU）；7-驻车制动操纵杆；8-制动踏板；9-驻车制动踏板；10-后鼓式制动器；11-组合阀；12-制动主缸；13-真空助力器
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（a）
(b)

必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、储气罐、控制阀和制动器室。
从耗散能量的方式分，制动器有摩擦式、液力式、电磁式和涡流式。
电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点，但因成本高，只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器；液力式制动器一般只有作缓速器。目前广泛使用的仍然为摩擦式制动器。
摩擦式制动器按摩擦副机构形式的不同，可分为鼓式、盘式和带式。带式制动器只用作中央制动器；鼓式和盘式制动器的结构形式有多种，如图1-2[1]：
制动器
鼓式
盘式
液压制动
气压制动
钳盘式
全盘式
固定钳
浮动钳
滑动
摆动
液压制动
气压制动
领从蹄式
双领蹄式
双从蹄式
增力式
从蹄无支承
从蹄有支承
单向双领蹄
双向双领蹄
单向增力式
双向增力式
双领蹄式
双从蹄式
增力式
圆弧线凸轮
渐开线凸轮
阿基米德线凸轮
单楔
双楔

图1-2 鼓式和盘式制动器的结构形式
1.1.2 国内外盘式制动器的研究现状
1.1.2.1 国内发展状况
随着我国汽车工业技术的迅速发展,合资企业的建立，国外先进技术的引进，汽车上采应用盘式制动器配置已在我国逐步形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性等方面都发挥了很大的作用。
在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：车辆的制动系统从经济与实用的角度考虑，一般采用了混合的制动形式，即前轮盘式制动，后轮鼓式制动。因车辆在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%～80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合制动方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。目前大部分轿车(中档类如夏利、吉利、神龙富康、上海华普、捷达)、微型车（长安之星、昌河、丰田海狮、天津华利、江铃全顺）、高端轻卡（东风小霸王、江铃、瑞风、南京依维柯）、SUV及皮卡（湖南长丰、江铃皮卡）等采用前盘后鼓式混合制动器。但随着高速公路等级的提高，乘用车档次的上升，特别是国家安全法规的强制实施，前后轮都用盘式制动器已成为一种趋势。
1.1.2.2 国外盘式制动器的发展状况
国外汽车研发机构经过多年的研究和试验，气压盘式制动器在所有的主要性能方面都优于传统的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成（这种气压盘式车轮制动器装配组装在汽车的前后车桥总成上）。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面，今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。而且为了降低自重和经营成本，盘式制动器不仅用于主车的前后桥上，也装配于挂车车桥。
2000年，国外装配盘式制动器的车桥已占到了所有车桥总成的一半以上。盘式制动器经过这几年的不断开发，不断改进，发展非常迅猛。自从戴—克装有Schmitz公司制造的22.5英寸盘式制动器以来，各公司都开发出自己的系列产品。世界著名的Wabco制动器制造公司为挂车已经开发出第二代19.5英寸盘式制动器PAN 19-1。该盘式制动器在保证功能和质量的前提下，对自重进行了优化，据说，与装有22.5英寸的标准制动器的车桥相比，重量差达48kg。Wabco的PAN 19-1盘式制动器不仅被SAF公司开发的SK RB 9019挂午桥采用，也被Trenkamp+Gehle公司的Protec 2挂车桥采用。
Haldex公司现已开发出了17.5英寸、19.5英寸和22.5英寸三种规格的盘式制动器， 以满足市场的各种需求。为民提高质量和降低自重，公司对产品作了一些改动，特别在重量上进行了优化处理。Haldex公司22.5英寸盘式制动器DB20也被SAF安装在9t级挂车桥SK RB 9022 上，奔驰公司的TE 5挂车桥也安装了Haldex公司的制动钳。BPW还与Knorr公司合作，研制出一种新的盘式制动器，在这种盘式制动器上，固定制动钳是从侧面用螺栓连接，改变了一贯轴向用螺栓连接的方式。固定制动钳螺栓采用全长螺纹。该盘式制动器重量减轻8～10kg。
另外电子技术也进入了车桥总成。在装有盘式制动器的车桥上，为了防止货车因盘式制动器磨损引发制动失灵，德国BPW公司还开发了称为“E—Base—轴(桥)”的一种电子报警系统。该小盒子它收集如轮胎气压，摩擦片磨损、制动温度等一些参数，然后传送给驾驶员或运输公司，可监视制动摩擦片的磨损情况。一旦发现制动摩擦片需要送维修站处理时，它可立即告知。该装置可在无电源时工作，可安装在挂车以外的任何地方，并与监视制动摩擦片的传感器连线，以黄、红报警灯显示制动摩擦片损坏程度。“E—Base—轴(桥)”还可与牵引车的CAN-Bus系统通过一个简单的接口对接。　
Knorr和Schmitz Cargoboll公司合作开发了一种鞍式挂车用的电子稳定程序控制系统(ESP)。当桥的一侧负荷减轻，使用ABS时可能引发翻车。为了防止此类事故发生，利用该系统就能极早测出车轮打滑，并能预防控制另一侧的车轮制动。测出、计算到控制过程在0.4秒钟内就能完成，极大地防止了汽车侧翻，从而提高了制动器的其它功能。制动器的核心部件是中央控制和调节模块。这个模块拥有挂车制动的所有功能如ALS、ABS和向CAN—Bus发送信号。该系统已安装在Rotos桥中。奔驰和BPW公司已推出了样品[8]。
1.1.2.3 汽车盘式制动器的发展趋势
现代汽车盘式制动器的研究和开发应注重的问题主要是：提高制动器的制动效能、防止尘污和锈蚀、减轻重量、简化结构、降低成本、更多的是电子报警和智能化系统的发展、实用性更强与寿命更长。当前制动器的研究与差距主要是体现在驱动机构的电子化程度。盘式制动器经过这几年的不断开发和改进，发展非常迅猛。各大公司除在原有轿车用液压盘式制动器有较大的发展外，更注重在中、重汽车领域开发气压盘式制动器。
电子技术进入了车桥总成后，在装有盘式制动器的车桥上．为了防止货车因盘式制动器磨损引发制动失灵，德国BPW公司还开发了一种电子报警系统。它收集如轮胎气压、摩擦片磨损、制动温度等一些参数，然后传送给驾驶员或运输公司，可监视制动摩擦片的磨损情况。一旦发现制动摩擦片需要送维修站处理时，它可立即告知，并以黄、红报警灯显示制动摩擦片损坏程度。
此外目前，ABS已成为这些国家生产轿车的标准装备，成为欧、美和日本的成熟产品，并以ABS为基础，延伸出许多更优越的电子制动系统，如：ASR、EBD、BAS、ESP、EBA、TCS、VDC及ACC等等。在车辆模块化、集成化、电子化、车供能源的高压化的趋势驱动下，车辆制动系统也朝着电子化方向发展，很多汽车和零部件厂商都进行了电制动系统的研究和推广，博世、西门子、特维斯等公司已经研制出一些试验成果，电制动系统必将取代传统制动系统，汽车底盘进一步一体化、集成化，制动系统性能也会发生质的飞跃。
1.2 制动系的功用及设计要求
1.2.1 制动系的功用
制动系的功用有：
（1）使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；
（2）在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；
（3）使汽车可靠的停在原地或坡道上。
1.2.2 制动系的组成
任何制动系都具有以下四个基本组成部分[2]：
（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。
1.2.3 制动系的设计要求
制动系的设计要求[2]：
（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/T7258-2012。
（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）防止污染物进入制动器工作表面。
（5）要有良好的热稳定性。
（6）操作简单轻便，具有良好的随动性。
（7）制动时，产生的噪声要小，同时减少散发出对人体有害的物质，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）摩擦片的使用寿命要足够长。
（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，汽车制动系应有报警装置[3]。

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2 盘式制动器的方案设计
2 盘式制动器的方案设计
摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。
鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动叠的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上（对车轮制动器）或变速器、分动器壳或与其相固定的支架上（对中央制动器），其旋转的摩擦元件为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮毂上，而中央制动器的制动鼓则固定在变速器或分动器的第二轴后端。制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦蹄片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面与制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，而且在现代汽车上已很少采用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。
盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧表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。制动时，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，也可用作各种汽车的中央制动器。
2.1 盘式制动器的结构形式和选择
制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。摩擦式制动器按照摩擦副中固定元件的不同可分为：钳盘式和全盘式制动器两大类 [4][13] 。
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，后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。两块制动块之间装有作为旋转元件的制动盘，制动盘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°，因此这种盘式制动器又称为点盘式制动器。其结构较简单，质量小，散热性较好，且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。但由于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，故对摩擦材料的要求较高。
全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触。其工作原理如摩擦离合器，故又称为离合器式制动器。用得较多的是多片全盘式制动器，以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差，故多为油冷式，结构较复杂。
钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为以下几种：
a、固定钳式盘式制动器
如图2-1[1] 所示，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。
图2-1 固定钳式盘式制动器
1—转向节（或桥壳）2—调整垫片3—活塞4—制动块总成5-导向支承销
6—制动钳体7—轮辋8—回位弹簧9—制动盘10—轮毂
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b、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，一种是制动钳体可作平行滑动；另一种是制动钳体可绕一支承销摆动(见图2-2[1])。因而有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。但它们的制动油缸均为单侧的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的(摩擦表面对背面的倾斜角为6°左右)。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般约为l mm)后即应更换。
图2-2 浮动钳式盘式制动器工作原理图
(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

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定钳盘式制动器的缺点就是：
（1）制动盘的两侧各有液压缸，使制动钳的结构复杂。
（2）液压缸分装于制动盘的两侧，制动液必须跨越制动盘的钳内油道或者外部的油管。
（3）热负荷较大，液压缸和跨越制动盘的钳内制动管路或者是外部油管内的制动液容易气化。
（4）若想兼用于驻车制动装置，则必须要添加一个机械促动的驻车制动钳。
由于上述的种种原因，浮钳盘式制动器较定钳盘式制动装置已经已经越来越适应现代轿车的发展趋势。
浮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。浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液的受热机会，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，因此制动油液温度比固定钳式的低30℃～50℃，汽化的可能性较小。但由于制动钳体是浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。
因此，从结构、散热、技术、成本等多方面考虑，决定采用浮钳盘式制动器（前轮）。
2.2 制动器主要零件结构和选择
2.2.1 制动盘
盘式制动器的制动盘有两个主要部分：轮毂和制动表面。轮毂是安装车轮的部位，内装有轴承。制动表面是制动盘两侧的加工表面。它被加工得很仔细，为制动摩擦块提供摩擦接触面。整个制动盘一般由铸铁铸成。铸铁能提供优良的摩擦面。制动盘装车轮的一侧称为外侧，另一侧朝向车轮中心，称为内侧。
按轮毂结构分类，制动盘有两种常用型式[6]。
（1）带毂的制动盘有个整体式毂。在这种结构中，轮毂与制动盘的其余部分铸成单体件。
（2）轮毂与盘侧制成两个独立件。轮毂用轴承装到车轴上。车论凸耳螺栓通过轮毂，再通过制动盘毂法兰配装。这种型式制动盘称为无毂制动盘。这种型式的优点是制动盘便宜些。制动面磨损超过加工极限时能很容易更换。
本设计采用的是第二种型式——轮毂与盘侧制成两个独立件。
制动盘用添加Cr,Ni等的合金铸铁制成。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘这样可大大地增加散热面积，降低温升约20％～30％，但盘的整体厚度较厚。而一般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在l0m～13mm之间。本次设计采用的材料为HT250，并需用通风盘式,通风口角度为10°。
制动盘的工作表面应光洁平整，制造时应严格控制表面的跳动量，两侧表面的平行度（厚度差）及制动盘的不平衡量。根据有关文献规定：制动盘两侧表面不平行度不应大于0.008mm,盘的表面摆差不应大于0.1mm；制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm。
2.2.2 制动钳
制动钳由可锻铸铁KTH370—12或球墨铸铁QT400—18制造，制动钳体应有高的强度和刚度。一般多在钳体中加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。为了减少传给制动液的热量，多将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。有的活塞的开口端部切成阶梯状，形成两个相对且在同一平面内的小半圆环形端面。活塞由铸铝合金或钢制造。为了提高耐磨损性能，活塞的工作表面进行镀铬处理。当制动钳体由铝合金制造时，减少传给制动液的热量成为必须解决的问题。为此，应减小活塞与制动块背板的接触面积，有时也可采用非金属活塞。
本次设计制动钳采用材料为QT400-18。
2.2.3 制动块
制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。衬块多为扇面形，也有矩形、正方形或长圆形的。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。制动块背板由钢板制成。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或在背板后粘（或喷涂）一层隔热减震垫。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。许多盘式制动器装有衬块磨损达极限时的警报装置，以便及时更换摩擦衬片。[1]
2.2.4 摩擦材料
制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能好，不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降；材料应有好的耐磨性，低的吸水(油、制动液)率，低的压缩率、低的热传导率(要求摩擦衬块在300℃的加热板上：作用30min后，背板的温度不越过190℃)和低的热膨胀率，高的抗压、抗打、抗剪切、抗弯购性能和耐冲击性能；制动时不产生噪声和不良气味，应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5，少数可达0.7。设计计算制动器时一般取0.3～0.35。选用摩擦材料时应注意，一般说来，摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。本次设计摩擦系数选用=0.3。[9]
一种是编织材料，它是先用长纤维石棉与铜丝或锌丝的合丝编织成布，再浸以树脂粘合剂经干燥后辊压制成。其挠性好，剪切后可以直接铆到任何半径的制动蹄或制动带上。在100℃～120℃温度下，它具有较高的摩擦系数(以上)，冲击强度比模压材料高4～5倍。但耐热性差，在200℃～250℃以上即不能承受较高的单位压力，磨损加快。因此这种材料仅适用于中型以下汽车的鼓式制动器，尤其是带式中央制动器。
一种是粉末冶金摩擦材料其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，但造价高，适用于高性能轿车和行驶条件恶劣的货车等制动器负荷重的汽车。
当前，在制动器上广泛采用着模压材料，它是以石棉纤维为主并均树脂粘站剂、调整摩擦性能的填充刑(出无机粉粒及橡胶、聚合树脂等配成)勺噪声消除别(主要成分为石墨)等混合后，在高温厂模压成型的。模压材料的挠性较差．故应佐按衬片或衬块规格模压。其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料，使衬片或衬块具有不同的摩擦性能及其他性能[11]。
本次设计采用的是以石棉纤维为主的模压材料。
2.2.5 制动间隙及调整
制动盘与摩擦衬片之间在未制动的状态下应有工作作间隙，以保证制动盘能自由转动。一般盘式制动器的为0.1～0.3mm（单侧0.05mm～0.15mm）。此间隙的存在会导致踏板或手柄的行程损失，因而间隙量应尽量小。考虑到在制动过程中摩擦副可能产生机械变形和热变形，因此制动器在冷却状态下应有的间隙应通过试验来确定[1][5][6][12]。
在本设计中：盘式制动器取间隙为0.2mm。
盘式制动器工作间隙的调整，钳盘式制动器不仅制动间隙小，而且制动盘受热膨胀后对轴向间隙几乎没有影响，所以一般都采用一次调准式间隙自调装置。最简单且常用的结构是在缸体和活塞之间装一个兼起复位和间隙自调作用的带有斜角的橡胶密封圈，制动时密封圈的刃边是在活塞给予的摩擦力的作用下产生弹性变形，与极限摩擦力对应的密封圈变形量即等于设定的制动间隙。当衬块磨损而导致所需的活塞行程增大时，在密封圈达到极限变形之后，活塞与密封圈之间这一不可恢复的相对位移便补偿了这一过量间隙。解除制动后活塞在弹力作用下退回，直到密封圈的变形完全消失为止，这时摩擦快与制动盘之间重新回复到设定间隙。
2.2.6 制动轮缸

制动轮缸是用于将主缸产生的液压装换成给予制动蹄张开的部件。钳盘式制动器油缸一般直接在制动钳中加工出来或嵌在制动钳内，一般是单缸或者双缸的形式。制动轮缸（钳盘式制动油缸）对制动蹄（块）施加的张开力（推力）与轮缸直径和制动管路压力的关系见式（2-1）
（2-1）
制动油路压力一般不超过10~12MPa，对盘式制动器可能更高。压力越高，对管路的密封性要求越严格，但驱动机构越紧凑。鼓式制动器制动轮缸直径应在HC2865—1997《汽车液压制动橡胶皮碗》 标准规定的尺寸系列中选取，轮缸直径的尺寸系列为
14.5,16,17.5,19,20.5,22，24,25.50,26,28,28.58,30,32,35,38,42,46,50,56mm。[2]
钳盘式制动器油缸的直径比鼓式制动器的轮缸大得多，因此，此次设计的油缸直径选为58mm。

3 盘式制动器的设计计算
3 盘式制动器的设计计算
3.1 盘式制动器的设计计算及主要参数的确定
3.1.1 已知参数
本设计参考车型为：科鲁兹 2013款 1.6L SL天地版MT，具体参数详见表3-1：
表3-1 车型相关参数
结构参数
数值
整备质量/ kg
满载质量/ kg
1360
1735kg
长宽高/ mm
4598*1797*1477
整车质心位置/ mm
满载质心位置/ mm
a=1047 b=1638
a=1329 b=1356
空载质心高度/ mm
满载质心高度mm
737
659
轴距/ mm
2685
前轮轮距/ mm
后轮轮距/ mm
1544
1558
最高车速/ km/h
180
轮胎
205/60 R16
车轮工作半径/ mm
326.2
轮辋直径/ mm
406.4
3.1.2 轴荷分配及同步附着系数分析
3.1.2.1 轴荷分配
一般来说，FF车（发动机前置前轮驱动）空车负荷前、后轴轴荷分配为61∶39，满载负荷前、后轴轴荷分配为51∶49。空载车重量是指整车整备重量（正确提法应称为“整车整备质量），设计时考虑车辆的重量，是在整车整备重量加上座位负载的总和。对于4-5人座位的轿车，是假设前排2人，1人在第2排座位上，每一位乘员的重量为68公斤，加上每人在行李箱中放7公斤行李而设定的。各类汽车的轴荷分配如表3-2：
表3-2 各类汽车的轴荷分配
车型
满载
空载
前轴
后轴
前轴
后轴

乘用车

商务车
发动机前置前轮驱动
发动机前置后轮驱动
发动机后置后轮驱动
4*2后轮单胎
4*2后轮双胎，长短头式
4*2后轮双胎，平头式
6*4后轮双胎
47~60%
45~50%
40~46%
32~40%
25~27%
30~35%
19~25%
40~53%
50~55%
54~60%
60~68%
73~75%
65~70%
75~81%
56~66%
51~56%
38~50%
50~59%
44~49%
48~54%
31~37%
34~44%
44~49%
50~62%
41~50%
51~56%
46~52%
63~69%
根据所选车型的发动机为前置前驱，因此轴荷分配比选为：
空载时分配比例为61:39；满载时分配比例为51:49。
3.1.2.2 同步附着系数分析
同步附着系数的分析如下：
（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，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。
分析表明，汽车在同步附着系数为的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为，即，q为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度,这表明只有在的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。[13]
根据相关资料查出轿车0.6，故取。
3.1.3 确定前后轴制动力矩分配系数
动力矩分配系数的确定常用前制动器制动力与汽车总制动力之比来表明分配的比例，称为制动器制动力分配系数，用[1]表示，即：

（3-1）

（3-2）
式中：—前制动器制动力；

—后制动器制动力；
—制动器总制动力；
由于已经确定同步附着系数，则分配系数可由式（3-3）[1]得到：

根据公式：
（3-3）

得：

3.1.4 制动器制动力矩的计算
由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩[2]：

（3-4）
式中：—单侧制动块对制动盘的压紧力；
—摩擦系数，=0.3；
—作用半径；
对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大取等于平均半径或有效半径。

（3-5）
式中：和为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径；

（3-6）
式中：—制动油路压力，一般不超过10~12MPa，取=12MPa；
—油缸直径；
综合式（3-4），（3-5），（3-6）得：

前轮的制动力矩为
后轴
后轮的制动力矩为
3.2 主要结构参数的确定
3.2.1 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受轮毅直径的限制通常，制动盘的直径D选择为轮毅直径的70%~90%，总质量大于2t的车辆应取其上限。通常，制造商在保持有效的制动性能的情况下，尽可能将零件做的小些，轻些。轮辋直径为14英寸，又因为M=1735kg，取其上限[1]。
在本设计中：,取D=290mm。
3.2.2 制动盘厚度h
制动盘厚度h直接影响着制动盘质量和工作时的温升。为使质量不致太大，制动盘厚度应取得适当小些;为了降低制动工作时的温升，制动盘厚度又不宜过小。制动盘可以制成实心的，而为了通风散热，可以在制动盘的两工作面之间铸出通风孔道。通风的制动盘在两个制动表面之间铸有冷却叶片。这种结构使制动盘铸件显著的增加了冷却面积。车轮转动时，盘内扇形叶片的选择了空气循环，有效的冷却制动。通常，实心制动盘厚度为l0mm～20mm，具有通风孔道的制动盘厚度取为20mm～50mm，但多采用20mm～30mm[11]。
在本设计中选用通风式制动盘，h取30mm。
3.2.3 摩擦衬块内半径R1与外半径R2
推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若比值偏大，工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多，磨损不均匀，接触面积减少，最终将导致制动力矩变化大[1]。
在本设计中取外半径R2=130mm，,则内半径R1=100mm。
3.2.4 摩擦衬块工作面积A
摩擦衬块单位面积占有的车辆质量在1.6kg/～3.5kg/范围内选取[2]。汽车空载质量为1360kg，前轮空载时地载荷为829.6kg，所以1360/(3.5*4)<A<829.6/(1.6*4)，即97.1