[精品]轻型货车盘式制动器总成设计毕业设计

轻型货车盘式制动器总成设计

摘 要

制动器是汽车制动系统的主要组成部分，是汽车行驶安全性的重要部件之一。作为一种新型的制动部件，盘式制动器与传统的鼓式制动器比较，具有良好的耐磨性，受水的影响较小，能自我调节自我清洗，比任何其他制动系统的制动效果都要好，正越来越广泛地应用于各类汽车上。为了了解盘式制动器的发展和结构，认识影响盘式制动器制动效能的因素，本文简述了盘式制动器的研究意义、发展现状以及汽车液压制动系统；详细讲解了汽车制动系统的匹配计算、最大制动力矩的计算、盘式制动器参数设计计算、以及对前轮盘式制动器制动效能因素的校核计算，确定盘式制动器制动钳缸体直径，从而设计出内外制动钳体零件图。

关键词: 盘式制动器 结构参数 缸体直径 校核计算

Light truck disc brake assembly design

Abstract

The brake is a major component of brake system,and it is an important part of automobile driving safetypared with drum brakes ,as a new kind of brake parts, disk brakes wear longer, are less affected by water, are self adjusting, self cleaning,less prone to grabbing or pulling and stop better than any other system around.So disk brakes are widely used in all kinds of cars.In order to know the development and structure of disc brakes,and analysis the influence factors of the disc brake braking performance.this article briefly describes the significance of the research of disc brake, the development situation and automobile it explained the matching calculations of automobile braking system ,maximum braking torque of calculation, disc brakes parameter design calculation,and the front disc brake braking performance factors of checking calculation,Then determined the disc brake caliper cylinder diameters to designed Callipers parts graph of inside and outside body .

Keyword: Disc brakes Structural parameters Cylinder diameters

Check calculation

目录

摘 要 ................................................................... I Abstract ................................................................ II

第一章 绪论 ........................................................... 25

1.1 盘式制动器的研究意义 .............................................. 25

1.2 汽车制动器发展历程 ................................................ 25

1.3 国内外研究及应用现状 .............................................. 26

1.4 制动器分类及功用 .................................................. 27

1.5 本文涉及相关参数 ................................................. 30

第二章 汽车液压制动系概述 ............................ 错误！未定义书签。

2.1 汽车液压制动系的概念 .............................. 错误！未定义书签。

2.2 汽车液压制动系统设计分解模型 ....................... 错误！未定义书签。

第三章 制动器设计计算 .................................. 错误！未定义书签。

3.1 汽车前后车轮制动力理想分配设计计算原理 ............ 错误！未定义书签。

3.2 汽车最大减速度下制动力矩设计计算原理 .............. 错误！未定义书签。

3.2.1 求制动器制动力分配系数 ...................... 错误！未定义书签。

3.2.2 求当时，汽车制动系统制动强度q ............... 错误！未定义书签。

3.2.3 单个前车轮制动器最大制动力矩确定 . ........... 错误！未定义书签。

3.2.4 单车后车轮制动器最大制动力矩确定 . ............ 错误！未定义书签。

3.3 盘式制动器参数设计 ................................ 错误！未定义书签。

3.3.1 盘式制动器制动钳体主要结构参数的关系 ......... 错误！未定义书签。

3.3.2 确定盘式制动器计算用的最大制动力矩 . .......... 错误！未定义书签。

3.3.3 确定盘式制动器有效制动半径 . .................. 错误！未定义书签。

3.3.4 确定盘式制动器制动钳缸孔直径 . ................. 错误！未定义书签。

3.3.5 比较制动钳缸孔直径与的值的大小 . .............. 错误！未定义书签。

第四章 盘式制动器校核计算 ............................ 错误！未定义书签。

4.1 盘式制动器制动效能因数的校核计算 .................. 错误！未定义书签。

4.2 盘式制动器的制动力矩校核计算 ...................... 错误！未定义书签。

4.3 盘式制动器摩擦衬块摩擦特性校核计算 ................ 错误！未定义书签。

4.3.1 比能量耗散率计算 ............................ 错误！未定义书签。

4.3.2 比摩擦力计算 ................................ 错误！未定义书签。 总结与展望 . ............................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................. 错误！未定义书签。 致谢 .................................................................... 28

第一章 绪论

1.1 盘式制动器的研究意义

汽车制动系统是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使以停驶的汽车在原地（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，汽车制动系统的工作可靠性显得日益重要。也只有制统动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。

制动器是汽车制动系统的主要组成部分，是汽车行驶安全性的重要部件之一。作为一种新型的制动部件，盘式制动器与传统的鼓式制动器比较，具有散热快、重量轻、构造简单、调整方便、制动效果稳定、热稳定性好、高负载时耐高温性能好等优势，正越来越广泛地应用于轿车、客车和重型载货车上。

随着经济的发展，我国已经成为汽车制造和使用的大国。但与国外相比，我国在盘式制动器技术方面还处在发展阶段。因此，对盘式制动器技术的研究颇有意义。

1.2 汽车制动器发展历程

制动器的发展有着很悠久的历史, 制动装置其实是人们发明车轮后的一种延伸。制动器是汽车上一个非常重要的组成部分, 制动器的发展经过了一个漫长的过程：1889年德国人戴姆勒把制动鼓装在汽车后轮上, 再绕上钢缆而成为制动装置；1898年美国埃· 安· 斯佩里设计汽车采用了第一个前轮盘式制动器。即用圆盘分别与个车轮的轮毅连成一体而旋转, 再另用个镶有摩擦片的小圆盘, 通过电磁铁作用, 使其紧贴于转动圆盘以实现制动；1902年美国人奥尔兹在纽约沿河大道上作了一次重要的制动试验, 所用的是抱闸带式制动器。他将柔性的不锈钢制动带包在奥兹莫比尔汽车的后轴轮毅上, 当踩下制动踏板时, 制动带把车轮箍紧而使汽车停住。近年来, 几乎所有厂家都在其新车的后轮上都安装了此种抱闸带式制动器；1902年法国的雷诺发明鼓式制动器；1903年美闰人廷切尔在汽车上首次使用了空气制动器；1907年英国人弗罗特提出用石棉板作制动片的设想, 随后被用于解决制动产生的噪声问题；1911年法国人别儒设计出第一个四轮制动器；1918年英国人洛克希德制造出了液压制动器, 它是利用液压主缸和油管把压力油传递到制动轮缸, 使制动系压紧制动鼓；1921年美国人杜森贝克才第一个在汽车的个轮子上都装上了液

压制动器, 组成了完整的汽车液压制动系统；1925年可尔型汽车最早采用了能自动调节制动间隙的制动器；1955年英国道路研究所实验室研制出第一个实用的防抱死制动装置；1973年电子式摩擦片磨损警报装置开始使用；1985年通用汽车公司首先在汽车上采用电动助力制动器, 它是一种全液压装置。

随着汽车工业的飞速发展和高速公路的迅速延伸及地面附着条件的改善，汽车的行驶速度越来越快，对汽车行驶安全性的要求也愈来愈高，因此改善汽车的制动性能更显得颇为重要。

近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气—液混合式。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。

随着公路条件的改善、高速公路的兴建、法规的发展和制动标准的不断完善，对制动系统提出了许多新的课题，诸如高速制动性能、热稳定性、方向稳定性、制动稳定性、制动力匹配、可靠性、噪声及公害控制等。汽车设计制造和研究部门在研究探索新的制动系结构型式的同时，也在不断寻求更加快捷、高效的设计方法和手段。

1.3 国内外研究及应用现状

现在汽车盘式制动器的研究和开发主要注重的问题是：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、向电子报警和智能化系统的发展，以及实用性更强与寿命更长等。

在国外，经过几十年来的发展，生产气（液）压盘式制动器的技术目前已经比较成熟，形成了系列产品。例如：博世(Bosch)公司、威伯科（WABCO ）公司、阿文美驰公司等每年的产量都在20—50万台以上；在欧、美、日等发达国家，已把盘式制动器作为标准件装备在多级别的轿车、客车、中型、重型汽车上。而且随着科技发展，国外电子技术也进入了车辆制动系统。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。以黄、红报警灯显示制动摩擦片损坏程度。

我国在此项目上起步较晚，但随着我国汽车工业技术的发展, 特别是轿车工业的发展, 合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采应用盘式制动器配置逐步在我国形成规模。国内目前真正形成规模化生产的企业有武汉元丰、淅江万向、一汽四环等，总体上数量不多，但开发气压盘式制动器热火朝天的局面大有愈演愈烈的趋势。以下就盘式制动器在我国各类车型上的运用状况做一个简单的分析：

在轿车、微型车、轻卡、SUV 及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。因轿车在制动过程中，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匹配方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑。

在大型客车方面：气压盘式制动器产品技术先进性明显，可靠性总体良好，具有创新性和技术标准的集成性。我国从1997年开始在大客车和载重车上推广盘式制动器及 ABS 防抱死系统，因进口产品价格太高，主要用于高端产品。2004年7月1日交通部强制在7——12米高Ⅱ型客车上 ―必须‖配备后，国产盘式制动器得以大行其道。北京公交电车公司、上海公交、武汉公交、长沙公交、深圳公交、广州公交等公司，都在使用为大客车匹配的气压盘式制动器。

重型汽车方面：作为重型汽车行业应用型新技术，气压盘式制动器已经属于成熟产品，目前具有广泛应用的前景。2004年3月红岩公司率先在国内重卡行业中完成了对气压盘式制动器总成的开发。2005年元月份中国重汽卡车事业部在提升和改进卡车底盘的过程中，在桥箱事业部配合下，将22.5英寸气压盘式制动器成功―嫁接‖到了重汽斯太尔重卡车前桥上。气压盘式制动器在重汽斯太尔卡车前桥上的成功―嫁接‖，解决了令整车厂及用户困扰已久的传统鼓式制动器制动啸叫、频繁制动时制动蹄片易磨损、雨天制动效能降低等一系列问题。气压盘式制动器首次在斯太尔卡车前桥上的应用，也为今后开发重汽高速卡车提供了经验和技术储备。与此同时陕西重汽、北汽福田、一汽解放、东风公司、江淮汽车等国内大型汽车厂均完成了盘式制动器在重型汽车方面的前期试验及技术贮备工作，盘式制动器在某些方面可以说成为未来重卡制动系统匹配发展的新趋势。

1.4 制动器分类及功用

制动系统完成制动作用的部分是制动器。目前在汽车上所有的制动器几乎都属于摩

擦制动器。摩擦制动器可分为盘式制动器和鼓式制动器两大类。

盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动，制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。 盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，以加速通风散热和提高制动效率。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小，制动性能稳定。制动时，来自主缸的液压力推动制动卡钳内的活塞向外移动，活塞压力通过摩擦衬块或制动蹄夹住制动盘。由于施加在制动盘两侧的液压力相等、方向相反，制动盘不会变形。但若是制动过猛或持续加压，则制动盘可能变形。制动盘表面摩擦会产生热，由于制动盘不断转动，并暴露在空气中，即使在连续猛烈制动之后，盘式制动器的抗衰退性也比鼓式制动器好。因此，盘式制动器能够确保车辆在行驶时的制动稳定性。

鼓式制动器也叫蹄式制动器，是靠制动蹄在制动盘上压紧来实现刹车的。鼓式制动是早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。现在鼓式制动器的主流是内张式，它的制动块(刹车蹄) 位于制动轮内侧，在刹车的时候制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到刹车的目的。 相对于盘式制动器来说，鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙，甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它造价便宜，而且符合传统设计。 四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，固定元

件是制动蹄，制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。凡对蹄端加力使蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔。以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。

作为一种新型的制动部件，盘式制动器与传统的鼓式制动器比较，具有散热快、重量轻、构造简单、调整方便、制动效果稳定、热稳定性好、高负载时耐高温性能好等优势，正越来越广泛地应用于轿车、客车和重型载货车上。

以下所示各图为我所研究的盘式制动器内外制动钳体CAD 绘图：

图1.4.1 内制动钳体主视图

图1.4.4 外制动钳体主视图

1.5 本文涉及相关参数

（1） 整车最大总质量：满载3800kg 空载2750 kg

（2） 轴距：2650mm

（3） 轮胎规格：195-75 R14

最高车速：120km : some background, Proc[J]. Control Theory Appl. 142 (1995) 123–128.

[23] F.J. D’Amato, D.E. Viasallo. Fuzzy control for active suspensions[J]. Mechatronics 10 (2000)

897–920.

［24］.Filippov AF. Differential equations with discontinuous righthand sides.

Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 1988.

［25］. Luo ACJ. A theory for non-smooth dynamical systems on connectable domains.

Commun Nonlinear Sci Numer Simul 2005.

致谢

论文的顺利完成，首先我要感谢我的指导老师苏小平老师以及一直帮助我的王强、王东海老师和周围同学朋友，感谢他们提出宝贵的意见和建议。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。