轎車滑動鉗盤式制動器設計
轎車滑動鉗盤式制動器設計,轎車,滑動,鉗盤式,制動器,設計
畢業(yè)設計（論文）中期報告
題目：轎車滑動鉗盤式制動器設計
根據(jù)本設計任務書中的計劃，現(xiàn)將自己在設計實施過程中所取得的成果、項目完成情況及存在問題進行總結、匯報，希望在指導教師的幫助下按期圓滿完成本設計： 一.設計（論文）進展情況
本設計已完成以下類容：
（1）根據(jù)設計大綱和基本參數(shù)的相關規(guī)定，規(guī)范和原則，初步確定了設計范圍，總體方案的擬定和確定。
（2）完成了制動器主要參數(shù)的確定。
L—汽車的軸距L=2650mm
a—滿載時質(zhì)心距前軸距離 a=1380mm
b—滿載時質(zhì)心距后軸距離b=1230mm
hg—滿載時質(zhì)心的高度hg=550mm
m--汽車整車整備質(zhì)量m=1330kg
m--滿載時的汽車質(zhì)量m=1750kg
輪胎與輪輞尺寸確定：
1）輪輞尺寸規(guī)則為 156j，則輪輞的名義直徑為381mm。
2）輪胎的類型： P195/65 R 15 91H
3）輪胎寬度×扁平率=胎壁高度，然后胎壁高度×2（因為胎壁有上下兩部 分）
4）(輪胎高度+輪輞名義直徑)/2=輪胎高度
5）車輪的有效半徑為R=323mm
選擇中級轎車為設計對象，由汽車設計手冊得制動盤直徑D通常為選擇為輪 輞直徑的70%～79%，本設計選擇77%，所以制動盤直徑D=295mm。
制動盤的厚度h對制動盤質(zhì)量和工作溫度都有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤的厚度不宜取得很大；為了漸少溫升，制動盤的厚度又不宜取得太小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風需要在制動盤間鑄出通風孔道。實心通常直徑為10～20mm，本設計選擇h=16mm。
由于摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。所以取=90mm、=120mm。如果比值過大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側圓周速度會相差很多，而使摩擦不均勻，接觸面積減小，最后將導致制動力矩變化大。
在確定盤式制動器制動襯塊工作面積A時，根據(jù)制動襯塊單位面積所占有的汽車的質(zhì)量，在1.6～3.5kg/cm范圍內(nèi)選用。汽車滿載時質(zhì)量為1750kg，前輪滿載時載荷為1050kg，1050/（1.6×4）cm2＜A＜1050/（3.5×4）cm2
所以A取60cm2。
盤式制動器的間隙一般為0.1~0.3mm設計中取間隙為0.1mm。
二.設計中的難點及未完成的任務
1.存在的問題及解決措施
存在的問題：本設計中存在大量的繁瑣的計算，零件的選用，還有一方面就是對繪圖軟件的不熟悉，對一些畫圖軟件存在的問題不能完全按照計算結果畫出相一致的圖。
2.解決措施：繼續(xù)完善設計思路，優(yōu)化方案，精確計算，以達到更高水準。繼續(xù)大量使用繪圖軟件，以達到熟練運用的程度。
三.今后工作安排
1.后期工作的安排
對制動器的總體設計進行優(yōu)化改進，改進中期設計存在的問題和缺點，比如對制動性能對比試驗進一步論證，計算不夠精確等方面缺陷。
第7-10周：滑動鉗盤式制動器結構的具體方案，圖紙繪制，準備中期答辯；
第11-15周：撰寫畢業(yè)論文，論文修改，準備畢業(yè)答辯。
指導教師簽字：
年 月 日
2
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目：轎車滑動鉗盤式制動器設計
5
1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況）
1.1題目背景、研究意義
當今社會，汽車在人們的生活中起著越來越重要的作用，同時，汽車的設計與生產(chǎn)涉及到許多領域，以其獨特的安全性，經(jīng)濟性，舒適性等眾多指標，也對設計提出了更高的要求。 汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的形式速度和路面情況復雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的的制動系統(tǒng)。該性能的好壞對汽車的行駛和安全有著重要的影響。[7]目前，轎車的制動器主要是盤式制動器。而轎車絕大部分盤式制動器采用的是滑動鉗盤式制動器。滑動鉗盤式制動器是指僅在制動盤一側設有加壓機構的制動鉗，制動鉗可相對于制動盤軸向滑動，并借其本身的浮動，而在制動盤的另一側產(chǎn)生壓緊力的鉗盤式制動器。
滑動鉗盤式制動器只在制動盤的一側裝油缸，結構簡單，造價低廉，易于布置，結構尺寸緊湊，可將制動器進一步移進輪轂，同一組制動塊可兼用于行車和駐車制動器。浮動鉗由于沒有跨越制動盤的油道或油管，減少了受熱機會，單側油缸又位于盤的內(nèi)側，受車輪隱蔽較少使冷卻條件較好。另外，單側油缸的活塞比兩側油缸的活塞要長，也增大了油缸的散熱面積，因此制動液溫度比固定鉗式低30至50度，氣化的可能性比較小。但是由于鉗體是浮動的，必須設法減少滑動處的磨損和噪聲。[17]本次設計的轎車盤式制動器為滑動鉗盤式。由于在此制動器的設計中，對主要零件進行了一下設計：滑動鉗體及其支架都選用了可鍛鑄鐵，以保證其有高的強度和剛度；鉗體中沒有加工出制動油缸，而將單獨的油缸裝嵌入鉗體中；活塞選用45號鋼，并做成杯形，降低噪聲和提高耐磨性；制動鉗中有橡膠密封圈以實現(xiàn)間隙的自動調(diào)整；摩擦制動塊，其大部分面積要被活塞壓住，以免卷角引起尖叫聲。因此，所設計出滑動鉗盤式制動器具有良好的制動性能和效能，較少的磨損和噪聲。這將大大提高轎車制動系統(tǒng)的性能，從而提高轎車行駛的安全性，最大限度的避免因制動器發(fā)生故障而發(fā)生車禍。
1.2國內(nèi)外相關研究情況
在國內(nèi)外的研究中，轎車的滑動鉗盤式制動器早期則側重于試驗其摩擦特性，隨著用戶對其制動性能和使用壽命要求的不斷提高，有關其基礎理論與應用方面的研究也在深入進行中，如摩擦機理的研究和制動力噪聲的分析，制動噪聲的分析。另外，對目前轎車的滑動鉗盤式制動器的研究和開發(fā)應注重的問題主要是提高制動器的制動效能，防止塵污和銹蝕，減輕重量，簡化結構，降低成本，電子報警和智能化系統(tǒng)的發(fā)展，使其實用性更強與壽命更強。
摩擦機理的研究：馬保吉等的研究表面，摩擦力的產(chǎn)生機理直接決定了摩擦熱的產(chǎn)生機理。制動開始時，摩擦制動片在制動系統(tǒng)管路壓力的作用下夾緊制動盤，使盤片界面之間產(chǎn)生摩擦力。如果忽略擦料磨損的影響，可認為制動器吸收的制動能量全部轉換為熱量。研究摩擦了產(chǎn)生機理的目的在于，在分析制動副表面溫度場時，能夠?qū)δΣ两缑娴臒崃鬟吔鐥l件提出合理的假設。摩擦制動過程中產(chǎn)生的熱量主要由兩部分組成：一部分是摩擦表面的微凸體與接觸界面的粘結和斷裂及接觸區(qū)域和周圍材料的塑性變形產(chǎn)生的熱量；另一部分是摩擦材料在一定溫度下的熱降解產(chǎn)生的熱量。第一部分中摩擦界面粘的形成和斷裂、接觸區(qū)域的塑性變形及界面第三體的塑性變形等對摩擦能影響很大。研究表明，消耗在亞表層材料的能量遠遠大于消耗于接觸面上的能量，占摩擦熱的絕大部分，且絕大部分轉化為熱量。樹脂基復合摩擦材料子一定溫度下會發(fā)生化學反應而降解，降解產(chǎn)物包括固體、液體和氣體。在大氣環(huán)境下，熱降解過程是一種放熱過程，因而成為摩擦制動中產(chǎn)生熱量的一部分。因此，摩擦制動過程中摩擦熱主要產(chǎn)生在接觸區(qū)域具有一定厚度的界面而不是在接觸表面，在溫度場分析中，摩擦熱應作為體積熱而不應作為表面熱流從接觸表面輸入，同時接觸界面存在一定的接觸熱阻，界面的熱特性不同與摩擦材料基體的熱特性。[11]
制動噪聲的研究：早期對制動尖叫現(xiàn)象一般簡單地歸結為當靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)或動摩擦系數(shù)隨相對滑動速度的變化率小于零時，制動系統(tǒng)的自激振動問題。1980年，F(xiàn)elske用純試驗方法研究了鼓式制動器的制動尖叫，通過增加底板剛度，制動尖叫被成功抑制。進入20世紀80年代中后期，隨著計算機技術的發(fā)展，逐步從簡化模型進入對實際制動器結構的研究，定量的解釋制動器噪聲的各類現(xiàn)象。關于制動器噪聲的研究大多集中在盤制動器，其研究較成熟，有有限元、模態(tài)分析、結構閉環(huán)耦合模式等研究方法。將東鷹等借助有限元和模態(tài)綜合技術建立了盤式制動器制動尖叫摩擦耦合模型，通過復特征分析，得到對應于每階段振動模態(tài)的阻尼與頻率，模態(tài)阻尼值揭示了哪些模態(tài)不穩(wěn)定并可能產(chǎn)生尖叫，最后運用耦合模型研究了摩擦系數(shù)和子結構模態(tài)對制動尖叫的影響。管迪華等從饋入能量的角度探討了制動尖叫噪聲分析方法，在制動摩擦閉環(huán)耦合模型的基礎上，推導了系統(tǒng)尖叫模態(tài)的饋入能量計算方法。通過基于饋入能量的分析，可直觀的看出一些結構參數(shù)對制動噪聲的影響，如摩擦系數(shù)、制動塊形狀、剛度及有重要影響的子結構模態(tài)振型，并有助于分析抑制噪聲的結構修改方案。該方法對制動器結構制動噪聲的分析具有指導意義。
預計未來幾年，轎車的滑動鉗盤式制動器主要還是會從如何提高制動盤摩擦效率，降低制動噪聲方面發(fā)展。
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本課題主要研究內(nèi)容
①、對制動性能的分析，包括制動性能評價指標；制動效能；制動效能的恒定性；制動時汽車的方向穩(wěn)定性。
②、滑動鉗盤式制動器的設計計算，包括滑動鉗盤式制動器參數(shù)的確定；制動器的計算；襯塊磨損特性計算；制動驅(qū)動機構的設計。
③、制動器零件的設計，包括滑動鉗體；固定支架；制動盤；制動塊；活塞；制動系統(tǒng)中的密封問題。
2.2研究方案
滑動鉗盤式制動器在研究時如果對滑動鉗式浮動鉗盤制動器按其浮動型式細分,又可分為滑動銷式與槽式等幾種。
⑴對于滑動銷式浮動鉗盤制動器,滑動位置的布置對制動鉗的滑動效果影響較大。如果滑動銷的位置布置不當,則有可能出現(xiàn)制動鉗的滑動效果不佳,產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象,或制動鉗不能回位。所以在設計滑動銷式浮動鉗盤制動器時,要盡量使滑動銷的位置靠近制動壓力中心,以保證其浮動的可靠性。這種浮動型式的浮動位置布置范圍廣,并能靈活布置。其工藝性也較好。
⑵對于槽式浮動鉗盤制動器,視其所采取槽的型式是直槽還是燕尾槽。如果采用燕尾槽,則由于其燕尾槽的導向性好,而且,燕尾槽一般又布置在制動壓力中心附近,所以制動鉗的浮動能容易保證。但與其它浮動型式相比較,燕尾槽的工藝復雜,加工困難。另外,燕尾槽式浮動鉗盤制動器在維修方面也不及其它浮動型式方便。如果采用直槽,其導向性比燕尾槽差些,但工藝性則比燕尾槽好。
所以采用滑動銷式浮動鉗盤制動器設計，維修方便，工藝簡單。
2.3研究方法或措施
①參考《汽車工程手冊》《制動器設計選用手冊》等，并在圖書館和網(wǎng)上查閱相關資料。
②通過所查得的資料對滑動鉗盤式制動器的工作原理，背景、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢有所了解。
③通過所查閱的參考文獻及自己所學到的理論知識，結合設計任務書和老師的指導對滑動鉗盤式制動器的設計進行初步的研究和規(guī)劃，初步確定制動器的相關數(shù)據(jù)并進行初步的計算。
④對初步取的制動器參數(shù)及初步進行的計算結果結合相關的參考文獻和實際，進行校核和評估，以確定最終的制動器相關參數(shù)。然后，開始設計滑動鉗盤式制動器。
本課題的重點是：滑動鉗盤式制動器裝置結構的零件圖及裝配圖。各個零件參數(shù)的計算。
難點是：要求精度高，對裝置要求的可實用性高
前期已開展工作：查閱滑動鉗盤式制動器裝置結構的相關資料，了解滑動鉗盤式制動器裝置的組成及裝配關系；并為進一步周密的設計做好充分的準備。
4.完成本課題的工作方案及進度計劃
第1-3周：查閱相關資料，了解工作原理及特點，完成基礎知識的積累并撰寫開題報告；
第4-6周：方案論證，深化方案具體實施步驟；
第7-10周：滑動鉗盤式制動器結構的方案的具體方案設計，圖紙繪制，準備中期答辯；
第11-15周：撰寫畢業(yè)論文，論文修改，準備畢業(yè)答辯。
5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
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本科畢業(yè)設計本科畢業(yè)設計( (論文論文) )題目：轎車滑動鉗盤式制動器設計題目：轎車滑動鉗盤式制動器設計轎車滑動鉗盤式制動器轎車滑動鉗盤式制動器摘摘 要要本論文闡述的是轎車的滑動鉗盤式制動器的設計。本文對汽車制動系統(tǒng)及制動器的分類、特點進行了介紹；對制動性能、制動效能進行了分析，對滑動鉗盤式制動器進行了設計計算。根據(jù)所確定的滑動鉗盤式制動器的參數(shù)對制動器、襯塊磨損特性進行了計算，對制動驅(qū)動機構進行了設計。同時，還對制動器的零件進行了設計及工藝分析?；瑒鱼Q體、固定支架、制動盤、制動塊、活塞進行了設計，對制動系統(tǒng)中的密封問題進行了分析并提出了相應的方案。分析了包括了主要零件的材料、工藝要素并對結構工藝性進行了評估。關鍵詞：關鍵詞：汽車制動系統(tǒng)，制動器，滑動鉗盤式制動器Sliding Caliper Disc BrakeAbstractThe thesis describes is the sliding car caliper disc brake design.In this paper, the automobile brake system and brake the types, characteristics are introduced; the brake performance, braking performance based on the analysis of the sliding caliper disc brake calculation in design. According to certain sliding caliper disc brake, the parameters on the brake lining block wear characteristics are calculated, the brake driving mechanism to carry on the design. At the same time, also the parts of brake design and process analysis. Sliding clamps body, brackets and brake disc, brake block, the piston to carry on the design, the seal of brake system analysis and puts forward the corresponding solutions.Analyzes the main parts including material, process and technology of structure elements are evaluated. Key Words: Automotive brake system, Brake, Sliding caliper目目 錄錄1 1 緒緒 論論.11.1 前言 .11.2 汽車制動系概述.21.3 制動系總成.21.4 設計制動系時應滿足主要要求.31.5 制動器作用與分類.51.5.1 制動器作用.51.5.2 制動器的分類.61.6 盤式制動器的特點.91.6.1 盤式制動器優(yōu)點.91.6.2 盤式制動器缺點.102 2 制動性能分析制動性能分析.112.1 制動性能評價指標.112.2 制動效能 .112.3 制動效能的恒定性.112.4 制動時汽車的方向穩(wěn)定性.113 3 滑動盤式制動器的設計計算滑動盤式制動器的設計計算.133.1 滑動鉗式制動器參數(shù)確定.133.2 制動器的計算.143.3 襯塊磨損特性計算.173.4 制動驅(qū)動機構的設計.184 4 制動器零件設計及工藝分析制動器零件設計及工藝分析.214.1 制動器零件設計.214.1.1 滑動鉗體.214.1.2 固定支架.214.1.3 制動盤.214.1.4 制動塊.214.1.5 活塞.224.1.6 制動系中的密封問題.22I4.2 工藝分析 .224.2.1 滑動鉗 .224.2.2 固定支架.224.2.3 制動盤.234.2.4 活塞.234.2.5 制動襯塊.234.2.6 摩擦襯片與背板的粘接工藝 .234.3 對結構工藝性的評價.244.4 典型零件的加工工藝過程分析.255 5 總總 結結.26參考文獻參考文獻.27致致 謝謝.2801 1 緒緒 論論1.1 前言前言汽車的設計與生產(chǎn)涉及到許多領域，其獨有的安全性、經(jīng)濟性、舒適性等眾多指標，也對設計提出了更高的要求。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動安全系統(tǒng)，其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的行駛速度和路面情況復雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的制動系統(tǒng)。其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響，如果此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會受到車禍的傷害。鑒于制動系統(tǒng)的重要性，本次設計的主要內(nèi)容就是車輛中的制動器。目前廣泛使用的是摩擦式制動器，摩擦式制動器就其摩擦副的結構形式可分成鼓式、盤式和帶式三種。其中盤式制動器較為廣泛。盤式制動器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一個或幾個制動盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動盤工作表面的一小部分的盤式制動器稱為鉗盤式制動器；摩擦材料覆蓋制動盤全部工作表面盤式制動器稱為全盤式制動器?，F(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動器應用最為廣泛，僅有個別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動器，以及全盤式制動器。定鉗盤式為制動鉗固定在制動盤兩側，且在其兩側均設有加壓機構。浮鉗盤式制動器僅在制動盤一側設有加壓機構的制動鉗，借其本身的浮動，而在制動盤的另一側產(chǎn)生壓緊力。浮動鉗盤式制動器又分為制動鉗可相對于制動盤軸向滑動的滑動鉗盤式制動器和與制動鉗可在垂直于制動盤的平面內(nèi)擺動的擺動鉗盤式制動器。本次設計的是滑動鉗盤式制動器。制動器設計的一般流程為：在有關的整車總布置參數(shù)確定之后，參考已有的同等級汽車的同類型制動器，初選制動器的主要參數(shù)，并據(jù)以進行制動器結構的初步設計；然后進行制動力矩和磨損性能的驗算，并與所要求的數(shù)據(jù)比較，直到達到設計的要求。制動盤是整個制動器的主要零件，其結構形式和性能對制動器的工作性能影響很大，它的作用是通過與制動塊的摩擦作用而把動能轉變?yōu)闊崮?，制動盤吸收部分熱能并釋放給大氣。制動鉗體及其支架要有高的強度和剛度。鉗體中沒有加工出制動油缸，而將單獨制造的油缸裝嵌入鉗體中的。活塞由鑄鋁合金或鋼制造。為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。制動鉗體及其支架由鋼板制成。另外，制動鉗中裝有橡膠密封圈以實現(xiàn)間隙的自動調(diào)整。1摩擦制動塊采用長圓形，其大部分面積被活塞壓住，以免卷角引起尖叫聲。設計出的滑動鉗盤式制動器主要用于轎車前輪的制動，以防止轎車制動時前輪抱死，使車輪在制動時處于滾動狀態(tài)，這樣就可以確保之董事的方向穩(wěn)定。同時，設計出的滑動鉗盤式制動器也具有良好的經(jīng)濟性、可行性。1.2 汽車制動系概述汽車制動系概述汽車制動系是用以強制行駛中的汽車減速或停車，使下坡行駛的汽車的車速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車在原地（包括在斜坡上）駐留不動的機構。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動系統(tǒng)的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性良好、制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。1.3 制動系總成制動系總成對汽車起到制動作用的是作用在汽車上，其方向與汽車行駛方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動阻力，上坡阻力，空氣阻力都能對汽車起制動作用，但這外力的大小是隨機的，不可控制的。因此，汽車上必須設一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界在汽車上某些部分施加一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動。這種可控制的對汽車進行制動的外力，統(tǒng)稱為制動力。這樣的一系列專門裝置即成為制動系。制動系有制動器和驅(qū)動裝置兩大部分組成：1） 制動器：用于產(chǎn)生摩擦力矩，使汽車減速或停車的裝置。2） 驅(qū)動裝置：將駕駛員或其他能源的作用力傳給制動器，使制動器產(chǎn)生制動力矩的裝置。制動系的功用：使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠的停在原地或停駐在坡道上。任何制動系都具有以下三個基本組成部分：供能裝置、控制裝置、傳動裝置。制動器較為完善的制動系還具有制動力調(diào)節(jié)裝置以及報警裝置、壓力保護裝置等附加裝置。 制動系的分類：1） 按制動系的功用分類：行車制動系、駐車制動系、第二制動系、輔助制動系。2） 按制動系的制動能源分類：人力制動系、動力制動系、伺服制動系。3） 按照制動能量的傳輸方式分類：制動系可分為機械式、液壓式、氣壓式和電磁式等，以及同時采用兩種以上傳能方式的組合式制動系。2圖 1.1 汽車制動系統(tǒng)的基本部件1.4 設計制動系時應滿足主要要求設計制動系時應滿足主要要求1） 能適應有關標準和法規(guī)的規(guī)定。各項性能指標除應滿足設計任務書的規(guī)定和國家標準、法規(guī)制定的有關要求外，也應考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。2） 具有足夠的制動效能，包括行車制動效能和駐坡制動效能。行車制動效能是用在一定的制動初速度下或最大踏板力下的制動減速度和制動距離兩項指標來評定。表 17-1 給出了歐、美、日等國的有關標準或法規(guī)對這兩項指標的規(guī)定。表 1.1 歐、美、日、瑞典的有關標準、法規(guī)對制動效能的規(guī)定標準名稱適用車型制動初速v/(km/h)最大踏板力/N制動距離/m減速度/（m/s2）美聯(lián)邦汽車安全標準 FMVSS 121氣壓制動汽車32969.873美聯(lián)邦汽車安全標準 FMVSS105-液壓制動汽車489616.4662.18375貨車：總質(zhì)量3t總質(zhì)量3t12t總質(zhì)量12t7050407007007000.15v+v2/1154.44.44.4805000.1v+v2/1505.8歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）和歐洲經(jīng)濟共同體（EEC）法規(guī)轎車和客車：座位數(shù)（包括司機）8座位數(shù)8 和總質(zhì)量5t607000.15v+v2/1305.0瑞典制動法規(guī)總質(zhì)量3.5t總質(zhì)量3.5t86605007005.85.0日本制動標準JASO 6913-73貨車和客車：TA 級TB 級TC 級TD 級700800900900平均減速度（持續(xù)制動過程）：0.5g0.5g0.5g0.4g綜合國外有關標準和法規(guī)，可以認為：進行制動效能試驗時的制動減速度j，轎車應為 5.87m/s（制動初速度 v=80km/h） 。相應的最大制動距離 St:轎車為 St=0.1v+v/150（St 的單位為 m；v 的單位為 km/h） 。駐坡效能是以汽車在良好路面上能可靠而無時間限制地停駐的最大坡度(%)來衡量，一般應大于 25%。3） 工作可靠，汽車至少應有行車制動和駐車制動兩套制動裝置，且它們的制動驅(qū)動機構應是各自獨立的。行車制動裝置的制動驅(qū)動機構至少應有兩套獨立的管路，當其中一套失效時，另一套應保證汽車制動效能不低于正常值的30%；駐車制動裝置應采用工作可靠的機械式制動驅(qū)動機構。4） 制動效能的熱穩(wěn)定性好。汽車的高速制動、短時間內(nèi)的頻繁重復制動，尤其是下長坡時的連續(xù)制動，都會引起制動器的溫升過快，溫度過高。特別是下坡時的頻繁制動，可是制動器摩擦副的溫度達 300400，有時甚至高達700。此時，制動摩擦副的摩擦系數(shù)會急劇減小，使制動效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現(xiàn)象。提高摩擦材料的高溫摩擦穩(wěn)定性，增大制動盤的熱容量，改善其散熱性或采用強制冷卻裝置，都是提高抗熱衰退的措施。45） 制動效能的水穩(wěn)定性好。制動器摩擦表面浸水后會因為水的潤滑作用是摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的“水衰退”現(xiàn)象。一般規(guī)定在出水后反復制動 515 次，即應恢復期制動效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢復迅速。也應防止泥沙、污物等進入制動器工作表面，否則會使制動效能降低并加速磨損。6） 制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動，汽車都不應當失去操縱性和方向穩(wěn)定性。7） 制動踏板和手柄的位置和行程符合人-機工程學要求，即操作方便性好，操縱輕便，舒適，能減少疲勞。8） 作用滯后的時間要盡可能地短，包括從制動踏板開始動作至達到給定制動效能水平所需的時間（制動滯后時間）和從放開踏板至完全解除制動的時間（接觸制動滯后時間） 。9） 制動時不應產(chǎn)生振動和噪聲。10） 與懸架、轉向裝置不產(chǎn)生運動干涉，在車輪跳動或汽車轉向時不會引起自行制動。11） 制動系中應有音響或光信號等報警裝置以便能及時發(fā)現(xiàn)制動驅(qū)動機件的故障和功能失效；制動系中也應有必要的安全裝置。12） 能全天候使用，氣溫高時液壓制動管路不應有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時氣制動管路不應出現(xiàn)結冰。13） 制動系的機件應使用壽命長、制造成本低；對摩擦材料的選擇也應考慮到環(huán)保的要求，應力求減小制動時飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維。1.5 制動器作用與制動器作用與分類分類1.5.1 制動器作用制動器作用 制動器（俗稱剎車）是使機械中的運動件停止或減速的機械零件，是制動系的核心結構。制動器主要由制動架、制動件和操縱裝置等組成，有些制動器還裝有制動件間隙的自動調(diào)整裝置。為了減小制動力矩和結構尺寸，制動器通常裝在設備的高速軸上，但對安全性要求較高的大型設備(如礦井提升機、電梯等)則應裝在靠近設備工作部分的低速軸上。有些制動器已標準化和系列化，并由專業(yè)工廠制造以供選用。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了汽車行駛的安全性，汽車的制動器的工作可靠性顯得越來越重要。也只有制動性能良好、制動器工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。51.5.2 制動器的分類制動器的分類制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。電磁式制動器只在一些質(zhì)量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只用作緩沖器。除了輔助制動裝置是利用發(fā)動機排氣或其它緩速措施對長下坡的汽車進行減緩或穩(wěn)定車速外，汽車制動器幾乎都是機械摩擦式的。汽車制動器按其在汽車上的位置分為車輪制動器和中央制動器，前者是安裝在車輪處，后者則安裝在傳動系的某軸上，例如變速器第二軸的后端或傳動軸的前端。摩擦式制動器按其旋轉元件的形狀又可以分為鼓式和盤式制動器兩大類。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器。內(nèi)張型鼓式制動器的固定摩擦元件是一對帶有摩擦蹄片的制動蹄，其旋轉摩擦元件為固定在輪轂上或變速器第二周后端的制動蹄，并利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶；其旋轉摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面和制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧表面作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾經(jīng)僅用作某些汽車的中央制動器，現(xiàn)代汽車已經(jīng)很少采用了。由于外束型鼓式制動器通常簡稱為帶式制動器，而且在汽車上已經(jīng)和少采用了，所以內(nèi)張型鼓式制動器通常簡稱為鼓式制動器，而通常所說的鼓式制動器即是指這種內(nèi)張型鼓式結構。盤式制動器的旋轉元件是一個垂向安放且以兩側面為工作面的制動盤，其固定摩擦元件一般是位于制動盤兩側并帶有摩擦片的制動塊。當制動盤被兩側的制動塊夾緊時，摩擦表面便產(chǎn)生作用于制動盤上的摩擦力矩。盤式制動器常用作轎車的車輪制動器，也可作用各種汽車的中央制動器。車輪制動器主要用作行車制動裝置，有的也兼作駐車制動之用；而中央制動器則僅用于駐車制動，當然也可用于應急制動的作用。鼓式制動器和盤式制動器的結構型式也有多種，其主要結構型式分類如下圖所示：6圖 1.2 制動器分類鼓式制動器只用在中央制動器，鼓式制動器主要包括領從蹄式、單向雙領從蹄式、雙向雙領從蹄式，雙從蹄式、單向增力式和雙向增力式。每種蹄式制動器主要區(qū)別在于蹄片固定支點的數(shù)量和位置不同；張開裝置的形式與數(shù)量不同；制動時兩塊蹄片間有無相互作用。鼓式制動器通常裝置在后輪。按摩擦副中的固定摩擦元件的結構，盤式制動器分為鉗盤式和全盤式制動器兩大類。鉗盤式制動器的固定摩擦元件是兩塊帶有摩擦襯塊的制動塊，后者裝在以螺栓固定于轉向節(jié)或橋殼上的制動鉗體中。兩塊制動塊之間有作為旋轉元件的制動盤，制動盤是用螺栓固定于輪轂上。制動塊的摩擦襯塊與制動盤的接觸面積很小，在盤上所占的中心角一般約為 3050，因此這種盤式制動器又稱為點盤式制動器。其結構較簡單，質(zhì)量小，散熱性較好，借助于制動盤的離心力作用易于將泥水、污物等甩掉，維修也方便。但由于摩擦襯快的面積較小，單位壓力很高，摩擦面的溫度較高，故對摩擦材料的要求較高。鉗盤式制動器按制動鉗的結構型式又可以分為固定鉗式圖 1.3a、滑動鉗式圖 1.3b 和擺動鉗式制動器圖 1.3c。7圖 1.3 鉗盤式制動器 1） 固定鉗盤式制動器：在制動鉗上有兩個液壓油缸，其中各裝有一個活塞。當壓力油液進入兩個油缸活塞外腔時，推動兩個活塞向內(nèi)將位于制動盤兩側的制動塊總成壓緊到制動盤上，從而將車輪制動。當放松制動踏板使油液壓力減小時，回位彈簧又將兩制動塊總成及活塞推離制動盤。2） 滑動鉗盤式制動器：制動鉗殼相對于制動盤作軸向滑動，其中只在制動盤的內(nèi)側置有液壓缸。外側的制動塊固定裝在鉗體上。制動時活塞在液壓作用下使活動制動塊壓靠到制動盤，而反作用力則推動制動鉗體連同固定制動塊壓向制動盤的另一側，直到兩制動塊受力均等為止。3） 擺動鉗盤式制動器：它也用單側液壓缸的結構。制動鉗體與固定支座鉸接。為實現(xiàn)制動，鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內(nèi)擺動。顯然，制動塊不可能全面均勻磨損，為此有必要將襯塊預先做成楔形（摩擦面對背面的傾斜角為 6左右） 。在使用過程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻（一般為 1mm 左右）后即應更換。全盤式制動器的固定摩擦元件和旋轉元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸。其工作原理如摩擦離合器，故又稱為離合器式制動器。用得較多的是多片全盤式制動器，以便獲得較大的制動力。但這種制動器的散熱性能較差，故多為油冷式，結構較復雜。盤式制動器的制動盤有兩個主要部分：輪轂和制動表面。輪轂是安裝車輪的部位，內(nèi)裝有軸承。制動表面是制動盤兩側的加工表面。它被加工得很仔細，為制動摩擦塊提供摩擦接觸面。整個制動盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動盤裝車輪的一側稱為外側，另一側朝向車輪中心，稱為內(nèi)側。8圖 1.4 盤式制動器結構圖制動盤制動表面的大小由盤的直徑?jīng)Q定。大型車需要較多制動功能，它的制動直徑達 12in 或者更大些。較小較輕的車用較小的制動盤。通常，制造商在保持有效的制動性能的情況下，盡可能將零件做的小些、輕些。另一種型式為輪轂與盤側制成兩個獨立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車輪凸耳螺栓通過輪轂，再通過制動盤轂法蘭配裝。這種型式制動盤稱為無轂制動盤。這種型式的優(yōu)點是制動盤便宜些。制動面磨損超過加工極限時能很容易更換。制動盤可以為整體式的或者通風的。通風的制動盤在兩個制動表面之間鑄有冷卻葉片。這種結構使制動盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉動時，盤內(nèi)扇形葉片的旋轉增加了空氣循環(huán)，有利于冷卻制動。1.6 盤式制動器的特點盤式制動器的特點1.6.1 盤式制動器優(yōu)點盤式制動器優(yōu)點1） 熱穩(wěn)定性好。這是因為制動盤對摩擦襯塊無摩擦曾力作用，還因為制動摩擦襯塊的尺寸不長，其工作表面的面積僅為制動盤面積的 12%16%，故散熱性好。摩擦表面壓力分布較鼓式中的襯片更為均勻。此外，制動鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄中部接觸，從而降低了制動效能，這稱為機械衰退。制動盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無關，故無機械衰退問題。因此，前輪采用盤式制動器，汽車制動時不易跑偏。92） 水穩(wěn)定性好。因為制動塊對盤的單位壓力高，易將水擠出，同時在離心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上襯塊對盤的擦拭作用，因而出水后只需經(jīng)一、兩次制動既能恢復正常；而鼓式制動器則需要經(jīng)過甚至十余次制動方能恢復正常制動效能。3） 制動穩(wěn)定性好。盤式制動器的制動力矩與制動油缸的活塞推力及摩擦系數(shù)呈線性關系，再加上無自行增勢作用，因此在制動過程中制動力矩增長較和緩，與鼓式制動器相比，能保證高的制動穩(wěn)定性。4） 制動力矩與汽車前進和后退行駛無關。5） 在輸出同樣大小的制動力矩的條件下，盤式制動器的質(zhì)量和尺寸比鼓式的要小。6） 盤式的摩擦襯塊比鼓式的摩擦襯片在磨損后更容易更換，結構也比較簡單，維修保養(yǎng)容易。7） 制動盤與摩擦襯塊間的間隙?。?.050.15mm） ，這就縮短了油缸活塞的操作時間，并使制動驅(qū)動機構的力傳動比有增大的可能。8） 制動盤的熱膨脹不會像制動鼓熱膨脹那樣引起制動踏板行程損失，這也使間隙自動調(diào)整裝置的設計可以簡化。9） 易于構成多回路制動驅(qū)動系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性和安全性，以保證汽車在任何車速下各車輪都能均勻一致地平穩(wěn)制動。10） 能方便地實現(xiàn)制動器磨損報警，以便及時更換摩擦襯塊。1.6.2 盤式制動器缺點盤式制動器缺點盤式制動器的主要缺點是：1） 難以實現(xiàn)完全防塵和銹蝕（但封閉的多片式全盤式制動器除外） 。2） 兼作駐車制動器時，所需附加的駐車制動驅(qū)動機構比較復雜。因此有的汽車采用前輪為盤式后輪為鼓式的制動系統(tǒng)。3） 由于無自行增勢作用，制動效能較低，在制動驅(qū)動機構中需加助力裝置。4） 因為襯塊工作面積小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì)的襯塊。5） 對制動器及制動管路的制造要求較高，成本貴。2 制動性能分析102 2 制動性能制動性能分析分析任何一套制動裝置都是由制動器和制動驅(qū)動機構兩部分組成。汽車的制動性是指汽車在行駛中能利用外力強制地降低車速至停車或下長坡時能維持一定車速的能力。2.1 制動性能評價指標制動性能評價指標汽車制動性能主要由以下三個方面來評價：1） 制動效能，即制動距離和制動減速度；2） 制動效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能；3） 制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑、以及失去轉向能力的性能。2.2 制動效能制動效能制動效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度。制動效能是制動性能中最基本的評價指標。制動距離越小，制動減速度越大，汽車的制動效能就越好。2.3 制動效能的恒定性制動效能的恒定性制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。因為制動過程實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉換為熱能，所以制動器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時的制動效能，已成為設計制動器時要考慮的一個重要問題。2.4 制動時汽車的方向穩(wěn)定性制動時汽車的方向穩(wěn)定性制動時汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動時汽車按所給定的路徑行駛的能力來評價。若制動時發(fā)生跑偏、側滑或失去轉向能力，則汽車將偏離原來的行駛路徑。制動過程中汽車維持直線行駛，或按預定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的因素包括制動跑偏、后軸側滑或前輪失去轉向能力這三種情況。制動時發(fā)生跑偏、側滑或失去轉向能力時，汽車將偏離所給定的行駛路徑。因此，常用制動時汽車按所給定路徑行駛的能力來評價汽車制動時的方向穩(wěn)定性，對制動距離和制動減速度兩項指標測試時都要求了其試驗通道的寬度。3 滑盤式制動器的設計計算11方向穩(wěn)定性是從制動跑偏、側滑以及失去轉向能力等方面考驗的。制動跑偏的原因有兩個：1） 汽車左右車輪，特別是轉向軸左右車輪制動器制動力大小不相等。2） 制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上的不協(xié)調(diào)（互相干涉） 。前者是由于制動調(diào)整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。 側滑是指汽車制動時某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動的現(xiàn)象。最危險的情況是在高速制動時后軸發(fā)生側滑。為了防止后軸發(fā)生側滑應使前后軸同時抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死。123 3 滑動盤式制動器的設計計算滑動盤式制動器的設計計算3.1 滑動鉗式制動器參數(shù)確定滑動鉗式制動器參數(shù)確定L汽車的軸距 L=2650mm a滿載時質(zhì)心距前軸距離 a=1380mm b滿載時質(zhì)心距后軸距離 b=1230mmhg滿載時質(zhì)心的高度 hg=550mmm-汽車整車整備質(zhì)量 m =1330kg aam-滿載時的汽車質(zhì)量 m =1750kgaa輪胎與輪輞尺寸確定：1） 輪輞尺寸規(guī)則為 15 6j，則輪輞的名義直徑為 381mm。2） 輪胎的類型： P195/65 R 15 91H3） 輪胎寬度扁平率=胎壁高度，然后胎壁高度2（因為胎壁有上下兩部分） 4） (輪胎高度+輪輞名義直徑)/2=輪胎高度 5） 車輪的有效半徑為R=323mm e選擇中級轎車為設計對象，由汽車設計手冊得制動盤直徑 D 通常為選擇為輪輞直徑的 70%79%，本設計選擇 77%，所以制動盤直徑D=295mm。制動盤的厚度 h 對制動盤質(zhì)量和工作溫度都有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤的厚度不宜取得很大；為了減少溫升，制動盤的厚度又不宜取得太小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風需要在制動盤間鑄出通風孔道。實心通常直徑為 1020mm，本設計選擇h=16mm。由于摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于 1.5。 所以取=98mm、2R1R1R=147mm。如果比值過大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側圓周速度會相差很多，而2R使摩擦不均勻，接觸面積減小，最后將導致制動力矩變化大。在確定盤式制動器制動襯塊工作面積 A 時，根據(jù)制動襯塊單位面積所占有的汽車的質(zhì)量，在 1.63.5kg/cm 范圍內(nèi)選用。2汽車滿載時質(zhì)量為 1750kg，前輪滿載時載荷為 1050kg，1050/（1.64）cm22A1050/（3.54）cm2 ，A 取 60cm2符合要求。 盤式制動器的間隙一般為 0.10.3mm 設計中取間隙為 0.1mm。133.2 制動器的計算制動器的計算制動力矩的計算：M假設襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好，各處的單位壓力分布均勻，則 制動器制動力矩為 （3.1）02MfF R制動器因數(shù)定義為在制動盤上的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比。即 (3.2）22fPBFfP由汽車設計手冊（圖 17-15） ，取=0.5。f輪缸直徑 d 及制動管路的壓力由設計手冊得：輪缸直徑由標準尺寸系列中選取d=25mm。壓力管的壓力一般不超過 1012MPa，盤式可更高，取 p=12MPa。摩擦襯塊其徑向?qū)挾炔灰颂?，?R 等于平均半徑 R 。m平均半徑 RM=R1+R2=122.5mm (3.3）制動盤單側壓緊力的確定，即制動輪缸對制動襯塊的壓緊力。則單側壓緊力為 F0=(d2p)/4=5887.5N (3.4)制動器的制動力矩為 M=2fF0Rm=618.2NM (3.5)選輪胎與地面間的附著系數(shù)=0.7。此時為前后輪都抱死，此 (3.6)dugdt前軸車輪的法向作用力 (3.7) 14 后輪車輪的法向作用力 (3.8) 汽車總的地面制動力為 (3.9) 前軸車輪的制動力 (3.10) 后軸車輪的制動力 （3.11）當前、后輪制動器制動力之和等于附著力，并且前、后制動器制動力分別等于各自的附著力，也是前、后同時抱死的條件。 目前，大多數(shù)兩軸汽車的前、后制動力之比值為一定值，并以前制動器制動力 F1 與 汽車總制動器 F 之比來表明分配的比例，稱為汽車制動器制動力分配系數(shù)： (3.12)11120.6094FFFFF同步附著系數(shù)是由汽車結構參數(shù)決定的、反映汽車制動性能的一個參數(shù)。由 (3.13)001ggbhah整理，得 (3.14)0gLbh帶入數(shù)據(jù)得 (3.15)00.7gLbh同步系數(shù)說明，前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在同步系數(shù)路面上制動時才能使前、后車輪同時抱死。合理地確定前、后輪制動器的制動力矩，能保證汽車良好的制動效能和穩(wěn)定性。最大制動力是在汽車附著質(zhì)量完全被利用的條件下獲得的，這時制動力與地面作用于車輪的法向力 Z 、Z 成正比，也與前后輪制動力矩的比值相同。1215得： (3.16)01112220=1.572ggbhMFZMZFah通常轎車上式的比值約為 1.31.6 之間。制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，前后輪的制動力矩為 前輪 NM （3.17）112178ffeTF r 后輪 NM （3.18）22=1367ffeTF r 對于常遇的道路條件較差、車速較低因而選取了較小的同步系數(shù)值的汽0車，為了保證在的良好路面上能夠制動到后軸比前軸先抱死滑移，前后輪0制動器所能產(chǎn)生的最大制動力矩為 前輪 (3.19)1max1()ffgeGTTbhrL 后輪 (3.20)2max1max1ffTT對于選擇取較大值的汽車，則應從保證汽車制動時的穩(wěn)定性出發(fā)，來確0定各軸的最大制動力矩。當時，相應的極限制動強度 q,故需要的后軸0和前軸的最大制動力矩為 后輪 (3.21)2max()fgeGTaqhrL 前輪 (3.22)1max2max1ffTT應急制動時，后輪一般都將抱死滑移故后橋制動力為 (3.23)227304NaBgm gaFFLh此時所需的后橋制動力矩為 16 (3.24)2=2359N MaBeegm gaF rrLh為路面對后橋的法向反力。2F后輪制動器為應急制動器，則單個車輪制動器的應急制動力矩為：/2。2BeF r汽車可能停駐的極限上坡路傾角，可根據(jù)后橋上的附著力與制動力相等1的條件下求得，即 (3.25) 1121cossinsingaahLm gm gLL得到 (3.26)是保證汽車上坡行駛時的縱向穩(wěn)定性的極限坡路傾角。1同理，可推導出汽車可能停駐的極限下坡路傾角為 (3.27) 轎車制動器的設計中，在安裝制動器的空間、制動驅(qū)動力源等條件允許范圍內(nèi)，應力求后橋上駐車制動力矩接近于由所確定的極限值1 (3.28) 1sin =6328Naem gr并保證下坡路上能停駐的坡度不小于法規(guī)的規(guī)定值。3.3 襯塊磨損特性計算襯塊磨損特性計算摩擦襯塊的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動盤的材質(zhì)及加工情況，以及襯塊本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損性能極為困難。試驗表明，影響磨損的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了汽車的全部動能耗散的任務。此時，由于制動時間很短，實際上熱量還來不及逸散到空氣中就被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。這就是制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯塊的磨損越嚴重。盤式制動器的襯塊，其單位面積上的能量負荷比鼓式制動器襯片大許多倍，所以制動盤的表面溫度比制動鼓的高。各種汽車的總質(zhì)量及其制動襯塊的摩擦面積各不相同，因而有必要用一種相對的量作為評價能量負荷的指標。目前，各國常用的指標是比能量耗散率，即單位時間內(nèi)襯塊單位摩擦面積耗散的能量，通常所用的計量單位是 W/mm 。217也稱為單位功負荷，或能量負荷。雙軸汽車的單個前輪及后輪制動器的比能量耗散率為 (3.29)22121122122212()4()14aam vvetAm vvetAvvtj為汽車回轉質(zhì)量換算系數(shù)；、為制動初速度和最終速度(m/s)；j 為1v2v制動減速度（m/s ） ；t 為制動時間（s） ；A 、A 為前后制動襯塊的摩擦面積212（mm ） 。2緊急制動到停車的情況下，=0，并認為=1，在總質(zhì)量在 1.5t 以下的商2v用車=22.2m/s ，取 j=0.6g 的減速器。1v 則 (3.30） 21115.82 W/mm 4am vetA (3.31）2122(1)3.66 W/mm 4am vetA (3.32）1=3.78svtj乘用車的比能量耗散率應不大于 6.0 W/mm2。比能量耗散率過高不僅會引起摩擦襯塊的加速磨損，且有可能使制動鼓或制動盤更早發(fā)生龜裂。另一個磨損特性指標是襯塊單位摩擦面積的制動器摩擦力，稱為比摩擦力。 (3.33）0 = 1.09N/mm uMfRA3.4 制動驅(qū)動機構的設計制動驅(qū)動機構的設計任何一套制動裝置都是由制動器和制動驅(qū)動機構兩部分組成。制動驅(qū)動機構將來自駕駛員或其它力源的力傳給制動器，用以控制制動器的工作，以便能產(chǎn)生所需要的制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅(qū)動機構一般可分為簡單制動、動力制動和伺服機動三大類。1） 簡單制動系簡單制動系：簡單制動系即人力制動系，是靠司機作用于踏板上或手18柄上的力作為制動力源。按力的傳遞方式不同又分為機械式和液壓式兩種。機械式考桿系或鋼絲繩傳力，其結構簡單，造價低廉，工作可靠，但機械效率低，故僅用于中、小型汽車的駐車制動裝置中。液壓式簡單制動系通常簡稱為液壓制動系統(tǒng)，用于行車制動裝置。其優(yōu)點是作用滯后時間短（0.10.3s） ，工作壓力高（可達 1012MPa） ，輪缸尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機構或制動塊壓緊機構，使之結構簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。但其有限的力傳動比限制了它在汽車上的使用范圍。另外，液壓管路在過度受熱時會形成氣泡而影響傳輸，使制動效果降低甚至失效。2） 動力制動系動力制動系：動力制動系是以發(fā)動機動力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動的全部力源進行制動，而司機作用于制動踏板或手柄上的力僅用于對制動回路中控制元件的操縱。在簡單制動系中的踏板力與其行程間的反比例關系在動力制動系中便不復存在。因此，此處的踏板力較小且可有適當?shù)奶ぐ逍谐?。氣壓制動系是動力制動系最常見的型式。主要?yōu)點：操縱輕便，工作可靠，不易出故障，維護保養(yǎng)方便；其氣源除供制動用外，還可以供其他裝置使用。缺點：必須有空氣壓縮機、貯氣筒、制動閥等裝置，使其結構復雜、笨重、成本高；管路中壓力的建立和撤除都較慢；管路工作壓力低；制動氣室排氣時有很大的噪音。氣壓制動在總質(zhì)量 8t 以上的商用車上得到廣泛的使用。3） 伺服制動系伺服制動系：伺服制動系是在人力液壓制動系中增加有其他能源提供的助力裝置，使人力與動力并用。正常情況下，其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在伺服系統(tǒng)失效時，仍可全由人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動力。因此，在中級以上的轎車及輕、中型客、貨車上得到了廣泛的應用。按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動系、氣壓伺服制動系和液壓伺服制動系之分。真空伺服制動系是利用發(fā)動機進氣管中節(jié)氣門后的真空度（負壓，一般可達 0.050.07MPa）作為動力源。氣壓伺服制動系是由發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓機提供壓縮空氣作為動力源，伺服氣壓一般可達 0.60.7MPa。液壓伺服制動系一般是由發(fā)動機驅(qū)動高壓油泵產(chǎn)生高壓油液供伺服制動系和動力轉向系共同使用。真空制動伺服制動系多用于總質(zhì)量在 1.11.35t 以上的轎車及裝載質(zhì)量在6t 以下的輕、中型載貨汽車上；氣壓伺服制動系則廣泛用于裝載質(zhì)量為 612t19的中、重型貨車以及極少數(shù)高級轎車上。按照助力特點，伺服制動系又可分為助力式和增壓式兩種。助力伺服制動系，伺服氣室位于制動踏板與制動主缸之間，其控制閥直接由踏板通過推桿操縱，因此又稱為直動式伺服制動系。司機通過制動踏板直接控制伺服動力的助力大小，并與之共同推動主缸活塞，使主缸產(chǎn)生更高的液壓通向盤式制動器的油缸和鼓式制動器的輪缸。由真空（或氣壓）助力器。增壓式伺服制動系由真空（氣壓）伺服氣室、輔助缸和控制閥組成的真空（氣壓）伺服裝置位于制動主缸與制動缸之間，司機通過制動踏板推動主缸活塞所產(chǎn)生的液壓作用于輔助缸活塞上，同時也驅(qū)動控制閥伺服氣室工作，因此又稱為遠動式伺服制動系。伺服氣室的推動力也作用于輔助缸活塞，使后者產(chǎn)生高于主缸壓力的工作油液并輸往制動輪缸，此即“增壓式”名稱的由來。應指出，動力制動和伺服制動系統(tǒng)中的管路液壓與踏板力之間并不存在固有的比例關系，為了使司機在制動時能直接感受到踏板力與制動強度間的比例關系，需要在制動閥或控制閥的設計中予以保證。204 4 制動器零件設計及工藝分析制動器零件設計及工藝分析4.1 制動器零件設計制動器零件設計4.1.1 滑動鉗體滑動鉗體滑動鉗體是包括輪缸在內(nèi)的精密件，并且在傳遞壓力 22.6KN 時，鉗體要具有足夠的剛度和強度，還要具有防震的性能。因此采用高強度、高韌度的可鍛造鐵鑄成，并使懸臂部分的厚度大于 15mm，背部留有開口，以便在不拆下制動鉗的情況下能夠檢查或更換制動塊。滑動鉗是靠兩導銷實現(xiàn)徑向定位和軸向滑動的。為減少滑動時的摩擦力，避免對導銷產(chǎn)生附加力矩，必須嚴格保證輪缸中心線與兩導銷軸線的平行度。選用可鍛鑄鐵 KTZ550-04。4.1.2 固定支架固定支架固定支架是承受和傳遞全部制動力矩的，因此必須具有足夠的強度和剛度。所以選用高強度的可鍛鑄鐵 KTZ55004（GB9440-88）鑄成，并保證其壁厚不小于 10mm，必要時使用加強筋。與滑動鉗一樣必須保證兩導銷螺孔軸線的平行度及相對于輪缸軸線的對稱度公差，及導軌平面度公差及合適的粗糙度，以保證滑動鉗能順利運動而不發(fā)生任何干涉現(xiàn)象。4.1.3 制動盤制動盤制動盤的大小受輪輞提供空間的限制，其凸緣大小還要受輪轂的影響，其尺寸見設計圖紙。根據(jù)其受力情況可知其對強度要求不高，選用珠光體灰鑄鐵HT200。制動盤選用通風散熱式的。制動盤的工作表面應光滑平整，兩側表面不平行度不應大于 8m，擺差不大于 0.1mm，否則將發(fā)生制動塊頂撞活塞，導致制動踏板振動，踏板的行程亦會隨之增加。4.1.4 制動塊制動塊制動塊是由制動襯塊和背板構成的，兩者采用粘合劑粘合在一起。摩擦襯塊的性能好壞將直接影響制動器性能，因此對其有嚴格要求。1） 具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，熱衰退緩和，不能溫度達到某一數(shù)值后，摩擦系數(shù)突降；212） 耐磨性好；3） 有較高的耐擠壓強度和沖擊強度；4） 對水、油的親合性差；5） 制動時無噪音聲和臭氣，減少污染。根據(jù)以上要求，選用金屬纖維、粘結劑和摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成的半金屬磨阻材料且具有較高的耐熱性和耐磨性。 4.1.5 活塞活塞活塞做成杯形，其開口端頂靠制動背板，減少傳遞給制動液的熱量。開口端部切成階梯狀，形成兩個對稱且平行的半園形端面，以防止噪聲?；钊牧线x用鋁硅合金。4.1.6 制動系中的密封問題制動系中的密封問題制動系管路連接方式是采用喇叭口接頭和錐螺紋外包扎“聚囚氟乙烯”膠帶來實現(xiàn)的。在管路接口的各螺紋處涂抹厭氧螺紋鎖固膠，能有效防止螺紋松落，在錐面及螺母支承面涂以密封膠，加強密封效果。在輪缸與活塞之間采用密封防塵圈實現(xiàn)密封和防塵，其材料為橡膠。4.2 工藝分析工藝分析零件的工藝性在很大程度上決定其加工的難易程度。生產(chǎn)成本的高低，因此有必要對主要零件的工藝性進行分析。4.2.1 滑動鉗滑動鉗滑動鉗是制動器中的主要零件，且形狀不規(guī)則，鑄造性差，因此選用可鑄性好，且具有足夠強度和剛度的可鍛鑄鐵 KTZ550-04。該零件的關鍵是油缸， ，主要是密封環(huán)道與缸孔的同軸度，否則密封環(huán)受力不均勻，將引起制動液泄漏。缸孔軸線與孔端面壓舌面的垂直度，否則將使襯塊磨損不均勻，活塞與襯塊背板貼合不均勻。另外，導銷孔也是重要加工部位，要保證兩孔的對稱度，否則與固定支架裝配時可能發(fā)生干涉。4.2.2 固定支架固定支架固定支架的形狀也比較復雜，且承受全部的制動力，因此也采用可鑄性好，強度、剛度高的可鍛鑄鐵 KTZ550-04。該零件的主要加工部分是：襯塊導軌面和導銷孔。導軌面之間的對稱度，以使襯塊能在上面順利滑動；導銷孔的對稱度及中心距要嚴格控制。導銷與導22銷孔采用螺紋連接。4.2.3 制動盤制動盤制動盤對抗拉、抗彎強度的要求不高，但應有一定的抗磨性和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，為此采用 HT200 鑄造。該零件得主要加工部分是：與輪轂貼合面，兩摩擦端面，6 個螺栓孔。定位粗基準是一個摩擦環(huán)面，定位精基準是輪轂貼合面。制動盤工作表面要求光滑平整，兩側表面的不平行度不大于 8m, 盤面擺差不大于 0.1mm，否則將發(fā)生與襯塊反撞，頂推活塞，導致制動時踏板振動，踏板行程增加。由于制動盤是旋轉體，因此當它加工完畢后要和輪轂安裝到一起進行靜不平衡度實驗，將不平衡度控制在一個范圍內(nèi)。4.2.4 活塞活塞活塞主要受壓力作用，為減少傳熱，做成杯形，故材料用鋁硅合金。以內(nèi)腔為定基準，車削外圓和底部端面，再以外圓和底部作定位基準，車削密封環(huán)槽， （檔塵環(huán)槽）及倒角?；钊某叽绾托挝还睿ㄖ饕獮閳A柱度）應得以保證，否則成品制動器再使用過程中會卡住或出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。4.2.5 制動襯塊制動襯塊由于制動襯塊背板是 5mm 鋼板沖壓而成，必須保證平面度，表面粗糙度不能控制得太高，能使粘結摩擦材料牢固。由于其主要受剪切作用，故粘結技術就尤為重要。摩擦材料采用以鐵粉作為母材(占質(zhì)量得（6080）)加上大量得石墨、陶瓷粉末作摩擦材料系數(shù)調(diào)整劑。之所以選用鐵粉為母材，是從成本及環(huán)保兩方面考慮的。4.2.6 摩擦襯片與背板的粘接工藝摩擦襯片與背板的粘接工藝以粘接工藝代替鉚接工藝，可以增大制動摩擦片的有效利用面積，和可利用厚度，提高底板與摩擦片的連接強度，降低生產(chǎn)成本。 具體的粘接過程：1） 粘接前底板處理粘接前底板處理：將鋼板磨去氧化層后，對其板兩面進行磷化處理；再用弱的熱堿溶液去掉防銹油污；然后經(jīng)酸洗中和，漂洗及干燥其表面，再進行噴丸處理；再次用水、石灰、磨料和洗劑，清洗表面、干燥。若底板不及時使用，應放在不透氣的聚23乙烯袋中保存，以免受灰塵污染。2） 粘接粘接：通常的粘接是在摩擦襯片的背面涂一層樹脂（粘接劑） ，再在火爐中干燥，以除去粘接劑中的溶劑，便于粘接；然后將帶有粘接劑的摩擦片的背板在夾具中加以固定，隨同夾具通過流水線送入連續(xù)式加熱爐進行固化處理。粘接劑中的主要成分：丁晴酚醛。其特性如下表所示： 剪切強度伸長率低溫高溫耐濕度抗鹽度閃點固體量166kg/cm1%優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)5c43% 圖 4.1 丁晴酚醛后機械特性涂布粘接方法：噴霧。3） 粘接后的檢查粘接后的檢查：從外觀上看，貼合緊密，無缺陷，無裂縫，抽檢試樣進行滿剪切負荷沖擊試驗。4.3 對結構工藝性的評價對結構工藝性的評價工藝性包括機械加工工藝性和裝配工藝性兩大方面。具體說來，有毛坯制造，熱處理，機加工，裝配，修理等的結構工藝性問題。結構工藝性問題隨生產(chǎn)類型和生產(chǎn)條件的不同，以及機械加工技術水平的不同而不一樣。因此，該車的工藝結構受到其大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)類型而制約的。1） 零件的結構標準化：零件的結構標準化：本設計中所有螺紋，中心孔，倒角，磨削加工的砂輪越程槽，退刀槽的結構，基本尺寸，公差都符合國家標準。2） 標準件，通用件的選用標準件，通用件的選用：除車結構的特殊零件自行設計外，連接件，密封件等都從國家標準中的標準件中選取。同時，非標準件也盡量選用與同類車的通用件，保證設計的互換性。從而簡化了設計和制造，減少了產(chǎn)品零件種類。使汽車工業(yè)零部件批量增大，降低了生產(chǎn)成品，為采用高效設備，工藝裝備創(chuàng)造了有利條件。3） 材料的切削加工性材料的切削加工性：在滿足使用條件下，盡量選用切削性好的材料。提高刀具的耐用度，減少零件表面的粗糙度。4） 尺寸標準的工藝性尺寸標準的工藝性：在設計中的尺寸標準，考慮到加工過程中便于測量、檢測等，各道工序的尺寸標注應盡量反映工藝順序。減少了加工時及工藝尺寸鏈換算的工作量。力24求尺寸的標準化和尺寸的統(tǒng)一。尺寸的標注符合基準同一原則和基準重合原則。粗糙度的選擇上，在滿足使用功能要求的前提下，選用經(jīng)濟的公差等級和表面粗糙度。4.4 典型零件的加工工藝過程分析典型零件的加工工藝過程分析制動盤是盤式制動器的重要零件，要求制動盤的兩端有嚴格的平行度，相對軸線有跳動（垂直度）形位公差控制，與輪轂配合的內(nèi)圓表面及貼合端面。各尺寸及形位公差詳見圖紙。粗糙度在保證性能（主要是保證貼合面緊密配合的情況及與襯塊磨損均勻）的前提下，盡可能采用較寬的等級。形位公差盡量采用基準重合原則，主要是以軸線為標注基準。公差數(shù)值采用優(yōu)先數(shù)列，空刀槽選用通用值?？傊撝苿颖P的結構符合加工工藝性的要求。且有良好的經(jīng)濟性和可行性。255 5 總總 結結 本設計的滑動鉗式制動器主要用于前輪的制動。對其制動效能、制動效能的恒定性、制動時汽車的方向穩(wěn)定性進行了評估，以滿足制動器的各項參數(shù)要求。首先是先對盤式制動器的各部分尺寸的選定，例如制動盤的直徑、厚度、制動塊的內(nèi)外半徑、制動襯塊有效工作面積等。然后在不同條件下對前后車輪的制動力、附著力和地面制動力進行計算，以此來觀察他們之間的變化關系，從而得出最理想的制動狀態(tài)，在制動時也發(fā)揮最大的制動效能。在結構設計時，盡量考慮了工藝可行性和合理性，各尺寸公差、標準件、標注公式都符合最新國家標準。在選用比例閥時，按照最新計算公式進行計算，使制動力的分配更合理，制動效能得以改善。從整體上講，各設計指標均達到了規(guī)定要求。設計中大量計算都由計算機結合手算完成，使計算程序相對簡單。計算結果用圖表的形式表現(xiàn)出來，使結果一目了然。最后，根據(jù)設計計算的結果用 CAD 繪制出了該制動器的裝配圖和制動鉗、制動盤的零件圖。26參考文獻參考文獻1 王望予. 汽車設計M.第四版. 機械工業(yè)出版社，2004.8.2 陳家瑞. 汽車構造下冊M.第二版. 機械工業(yè)出版社，2005.1.3 余志生. 汽車原理M.第四版. 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BRAKE DESIGN and SAFETY. Warrendale, PA 15096, USA:SAE,Inc. ,1992.22 Bert Breuer,Karlheinz Bill. Bremsen hand buch. German language by Vieweg.23 Yang Y, Muoa J, Altintas Y. Optimization of multiple tuned mass dampers to suppressmachine tool chatter. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2010(50): 834-84227致致 謝謝轉眼間，畢業(yè)設計就要結束了，畢業(yè)設計是本專業(yè)教學計劃中的最后一個教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際，實踐性很強的一個教學環(huán)節(jié)；是對本人在這四年的專業(yè)課中所學到的知識的一次大檢查，把所學到的理論知識運用到實際中去的一次訓練。通過本次畢業(yè)設計，本人不但復習、鞏固了所學到的專業(yè)知識，并通過實際調(diào)研，接近生產(chǎn)一線，學到了許多書本上學不到的新知識，提高了本人的獨立思考能力，鍛煉了本人的實際動手能力。是本人在各個方面都有了提升。當然，在設計期間遇到了不少困難與麻煩，在指導老師及同學們的幫助下得以解決。但由于本人的經(jīng)驗欠缺，在設計過程中遇到問題在所難免，望各位老師海涵并賜教。尤其，對帶我畢業(yè)設計的指導老師表示衷心的感謝，老師在我完成本次設計過程中給與了我大量的指導和意見，是我在設計中少走了不少彎路，少出了不少錯誤，使我圓滿的完成了我的畢業(yè)設計。完成畢業(yè)設計后，也就即將畢業(yè)
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