升汽车盘式制动器的零件设计方案

1、目录引言 11. 国内汽车盘式制动器应用情况 21.1. 微型车、轻卡、 SUV及皮卡方面 21.2 客车方面 21.3 重型汽车方面 32. 国外汽车盘式制动器发展状况 42.1 国外盘式制动器研发情况介绍 42.2 国外盘式制动器在卡车方面使用情况 53. 汽车用盘式制动器发展的趋势 74. 未来汽车盘式制动器的研究应注重以下几个方面的问题： 7 4.1 提高制动效能、防止尘污和锈蚀； 74.2 减轻重量、简化结构、降低成本； 74.3 电子报警和智能化系统的发展； 74.4 实用性更强与寿命更长。 75. 毕业设计的意义及其必要性 86. 摩擦材料的发展 96.1 摩擦材料的一般性能要求

2、 96.2 摩擦材料的种类97. 制动系设计应满足的要求 128. 在本次设计中以 1.6 升轻型汽车为标准，来设计前轮的制动器 15 8.1 鼓式和盘式制动器的结构形式有多种： 15不同的鼓式制动器的主要区别有： 15按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器的种类有以下几种159. 盘式制动器的工作原理 1610. 盘式制动器的分类及比较1711. 盘式制动器主要参数的初步确定2011.1. 设计的原始数据2011.2. 确定制动衬块的工作面积A20I/1711.3. 确定摩擦衬块外半径与内半径2011.4. 确定制动盘直径D2011.5. 确定制动盘厚度h2112. 制动器的设计和计算 2

3、112.1 制动力与制动力分配系数 2112.2同步附着系数 2612.3制动强度和附着系数利用率2812.4制动器最大制动力矩 2912.5制动力矩的计算 3112.6驻车制动计算 3212.7摩擦衬块的磨损特性计算3312.7.1比能量耗散率 3312.7.2.比滑磨功 3513. 制动器的热容量和温升校核 35 总结 38参考文献 39致谢 40引言在现代社会，汽车在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，无论是作为居家旅行的坐骑，还是作为物资流动的运载手段，都时刻影响着我们的生活，同时，每年都又有数以百万记的人因为交通事故而失去自己的生命，于是，汽车的安全性能就不可避免的为我们所重视，而在

4、所有保证汽车安全性能的车载系统中，汽车制动器无疑是最重要和最直接有效的，是汽车安全行驶中所必须的部件。随着制动器的不断发展，汽车制动器逐渐由鼓式制动器向盘式制动器过渡，而我们的主要社务，就是要仔细分析和了解盘式制动器的主要优点和不足之处，各个组成零件的作用，工作情况，盘式制动器的工作原理，以及设计制动器的必要计算步骤，并且进行必要的校核以保证整个器件的强度要求。II/17随着我国公路交通条件的改善，高等级公路的发展，新法则的要求的实施，车辆性能的不断提高，车速不断提高，人们出行也更加追求快捷与舒适乘车方式。而盘式制动器作为新型的能提高汽主动安全性，并且较好的解快了制动噪音污染、制动过程中粉尘污

5、染、维修频繁等鼓式制动器无法解快的问题，在汽车上应用必将更广泛，意义更深远。1. 国内汽车盘式制动器应用情况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才逐步在我国形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。1.1. 微型车等小型车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。III

6、/ 17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，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。 2004

7、 年我国共产此类车计 110 万辆以上。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，特别上国家安全法规的强制实施，前后轮都用盘式制动器是趋势。1.2 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。欧美国家自上世纪 90 年代初开始将盘式制动器用于大型公交车。至 2000 年，盘式制动器 <前后制动均为盘式）已经成为欧美国家城市公交车的标准配置。我国从 1997 年开始在大客车和载重车上推广盘式制动器及 A BS 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 7-12M高型客车上 “必须”配备后，国产盘

8、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。生产厂家主要有：宇通公司2004 年产 20000 多辆客车，其中使用盘式制动器的客车已占一半多；宇通公司自制底盘部份是由二汽在 EQ153前后桥基础升级更改的，每年有 10000 多套。二汽东风车桥用EQ153前后桥改型匹配气压盘式制动器的前后桥总成约占 6000 套以上，是宇通公司最大的气压盘式制动器桥供应商。宇通公司每年需在一汽采客车底盘 3000 多台，一汽客底 2004 年供了 2000 多台，其中带盘式制动器占一半以上。如一汽客底采用 4E 前转向系

9、统配置气压盘式制动器前桥、 11 吨 420 后桥装在 6100<10M）豪华客车上； 7 吨盘式前桥与 13 吨 435 后桥配IV/17装在 6120<12M）豪华客车上等，都是宇通公司市场前景较好，利润附加值很高的车型。江苏金龙客车的 7-9M 高型客车客车采用湖桥供带盘式制动器的车桥 2004 年在 5500 台左右。厦门金龙客车 10-12M 高型客车以上客车、丹东黄海客车 10-12M 高型客车、安徽凯斯鲍尔等等国内知名的大型厂家均已在批量生产带盘式制动器的高档客车。1.3 重型汽车方面作为重型汽车行业应用型新技术，气压盘式制动器的已经属成熟产品，目前具有广泛应用的前景

10、。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

11、期型试实验及技术贮备工作，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。2. 国外汽车盘式制动器发展状况2.1 国外盘式制动器研发情况介绍国外汽车研发机构经过多年的研究和实验，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V/17上）。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比在制动性能等方面的有明显的优势，主要表现在以下几个方面。制动力和安全性在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大。但盘式制动器

12、在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。但在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。在长距离的坡路上驶下 <如下山），盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全因数有着很大的差别。结构和成本盘式制动器系统包括盘、衬垫、缸和卡钳，其零件数少于鼓式制动器系统，同类车型相比其总成的总质量比鼓式制动器低 18%。盘式制动器总成可以作为一个完整的部件送到车桥装配线，此部件即包括了盘式制动

13、器的所有零件。这样就有一个特别的优越性，就是可以把所有机械功能预调好的、经过实验的装置提供给用户，因而产品的责任有了明确规定。维修保养盘式制动器的整套操作机构密封在外壳中，经润滑以延长其寿命。所以盘式制动器几乎是无需维修的，维修主要是更换磨损零件，即衬垫和盘。而且，更换衬垫所需的时间也比更换鼓式制动器材套所需的时间少80%。这意味着不仅可以节省维修成本，还能大大缩短非运营时间。电子制动控制系统 <EBS）盘式制动器由于采用简单且相当成熟的操作机构，因而具有特别高的VI/17效率。其提供的制动灵敏性使 EBS系统能够实现一些强而有效的控制作用，用以缩短制动距离，提高车辆的稳定性和磨损率。盘

14、式制动器在响应方面的特性，表现在每个车轮制动相差很小，每个车轴的左右车轮之间的磨损分配均匀。2.2 国外盘式制动器在卡车方面使用情况国外的生产厂家长期以来独霸重卡汽车制动器领域的鼓式制动器，自从 1996 年戴克装有 Schmitz 公司制造的盘式制动器的奔驰重卡 <Actros ）货车问世以来，受到了严重的挑战，已面临被淘汰的危险。盘式制动器以重量轻、磨损小、便于维修的特点闻名于世。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，而且也装配于挂车车桥。 2000 年，国外装配盘式制功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

15、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。 博世 (Bosch>公司制造出了 16、 17.5 、 19.5 、 22.5 盘式制动器系列产品。 世界著名的 <Wabco）制动器制造公司开发出了19.5 盘式制动器 PAN19-1 。 瑞典著名哈蒂克斯 <Haldex）公司现已开发出了17.5 、 19.5 和22.5 三种规格的盘式制动器，奔驰公司的车桥也安装了Haldex 公司的制动钳。柯乐尔 <Knorr ）公司研制出了 19.5 、 22.5 盘式制动器。还开发出了种有齿的盘式制动器，它是通过另个有齿的装置

16、与轮毂连接，这种带齿的制动盘 2 001 年初已批量生产，提供给 DAF，装在新开发的 CF 系列汽车上VII / 17德国 BPW还与 Knorr 公司合作，研制出新的 19.5 、 22.5 盘式制动器，它的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810kg。 阿文美驰公司制造出了16、 17.5 、 19.5 、 22.5 盘式制动器。卢卡斯 <Lucoss）制动器有限公司制造出了 15.5 、 16、 17.5 盘式制动器 <该公司现已被 Wabco制动器制造公司购买）。电子技术电子技术也进入了车桥总成。

17、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“ EBase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。3. 汽车用盘式制动器发展的趋势在国外，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、 Wabco制动器制造公司、阿文美驰公司等每年的产量都在2050 万台以上；在欧、

18、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。我国在此工程上起步较晚，大部分是随着欧系、日系轿车的引进而上马的轿车、微型车用液压盘式制动器，各厂家产品单一，配套市场狭窄。气压盘式制动器则大部分是在1999 2002 年间汽车热中上马的生产厂家，国内目前真正形成规模化生产企业寥寥无几，如武汉元丰、淅江万向、一汽四环等。但开发气压盘式制动器的热火朝天的局面大有愈演愈烈的趋势。VIII / 17盘式制动器与鼓式制动器相比，不仅重量轻，构造简单，调整方便，更适应汽车在连续运转、高温、高负载的情况下对制动性能要求，而且降低了材料、能量的消耗，提高了汽车的操作性和舒

19、适性，气压盘式制动器作为一种高科技、高附加值的产品已得到行业的公认，预计，未来几年盘式制动器在国内将会得到快速的推广和应用，有着广阔市场前景。4. 未来汽车盘式制动器的研究应注重以下几个方面的问题：4.1 提高制动效能、防止尘污和锈蚀；4.2 减轻重量、简化结构、降低成本；4.3 电子报警和智能化系统的发展；4.4 实用性更强与寿命更长。5. 课题的意义及其必要性盘式制动器散热快、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，能显著减少制动距离，为车辆提供可靠的安全保障。同时，能显著减少制动噪声，有效解决制动引起噪声污染。从市场前景上分析，盘式制动器作为鼓式制动器的替代

20、产品，市场需求量大。随着汽车技术的不断发展，基于人性化设计的低底盘车辆:基于乘坐舒适性的空气弹簧悬架系统。基于使汽车制动时更加可控的ABS, ESP 等电子系统都将逐步应用到各种车辆上，盘式制动器能更好的与这些先进的技IX/17术匹配，因此，无论是液压还是气压盘式制动器，前景都很广阔。从技术上看，发达国家盘式制动器制造和研发水平已相当成熟，而我国盘式制动器生产企业由于可以引进先进的设备，制造工艺相对成熟，但研发目前都还处于模仿阶段，对盘式制动器及其与整车的匹配进行深入研究有利于提高我国汽车零配件企业盘式制动器的研发水平，缩小与发达国家的差距。6. 摩擦材料的发展6.1 摩擦材料的一般性能要求摩

21、擦材料的摩擦系数要稳定可靠，在制动速度、压力、温度以及环境介质变化大的情况下仍具有足够高的摩擦系数和良好的制动稳定性。动、静摩擦系数相差不应太大，保证制动过程平稳、冲击力小、噪声低。摩擦材料要有高的耐磨性，摩擦材料需要有一定的寿命。摩擦材料要具有良好的物理、机械性能，热容量要大，材料在高温下还需有一定的强度，能承受一定的拉压强度和剪切强度，能承受制动时的压力和横向摩擦剪切力，具有高的制动功率和能量吸收能力。摩擦材料要有较好的几何尺寸稳定性，避免摩擦不均匀，造成局部过度磨损，影响使用寿命。摩擦材料要有较小的热衰退和较快的摩擦系数恢复速度。摩擦材料在制造和使用过程中不能对环境造成污染和对人体造成危

22、害。摩擦材料要制造工艺简单，原料来源充足，经济性好，价格便宜，具有良好的性价比6.2 摩擦材料的种类随着材料科学的发展，目前已应用的摩擦材料有许多种。按其在组分中的主要成分可分为 : 石棉有机摩擦材料、半金属摩擦材料、非石棉有机摩擦材料和粉末冶金金属陶瓷摩擦材料等X/17石棉有机摩擦材料石棉有机摩擦材料，由于它具有较稳定的摩擦磨损性能，同时有良好的工艺性，生产价格低，比重小、不易损伤对偶材料等独特优点，所以在80 年代以前被广泛应用。它的缺点是导热性和耐热性差，摩擦热不易散发，容易导致其工作表面温度较高，而石棉在400左右开始失去结晶水，S50时完全丧失结晶水，脱水后的石棉摩擦特性变坏，造成摩

23、擦性能不稳定，出现明显的“热衰退，现象。后来又由于人们发现石棉摩擦材料的粉尘是影响人体健康的致癌物质，所以现在有许多国家禁止使用，同时人们也正在努力寻找一种能够完全替代石棉的增强纤维材料。7. 制动系设计应满足的要求7.2 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动减速度和制动距离两项指标来评定的；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。7.3 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，当一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车的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，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操

24、纵，其他的制动装置多为手操纵。7.3 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为此，汽车前后轮的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一轴上左、右轮制动器的制动力矩应相同。否则当前XI/17轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；后轮抱死而侧滑甩尾，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过 15%时，会发生制动时汽车跑偏。7.4 防止水和污泥进入制动器工作表面，保证制动效能的水稳定性好制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定出水后反复制动5 15 次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢复迅速

25、。也应防止泥沙、污物等进入制动器工作面，否则会使制动效能降低并加速磨损。7.5 制动能力的热稳定性良好汽车高速制动、短时间内频繁重复制动，尤其是在下坡时连续制动，都会引起制动器温升过快，温度过高。特别是下长坡时的频繁制动，可使制动器摩擦副的温度达到，有时甚至高达。此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生热衰退现象。制动器发生热衰退后，经过散热、降温和一定次数的的和缓使用使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。8. 在本次设计中以 1.6 升轻型汽车

26、为标准，来设计前轮的制动器制动器主要有摩擦式、液力式、电磁式等几种形式。电磁式制动器随有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点，单因成本高，只在一部分总质量较大的商用车上用做车轮制动器或缓冲器；液力制动器一般只用作缓冲器。目前广泛应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。可分为鼓式式、盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器。XII / 17目前各类汽车所用的制动器多为摩擦式，可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件为圆盘状的制动盘，以端面为工作面。旋转元件固定在车轮或半轴上，即制动力矩直接作用于两侧车轮上的制动器称为轮式

27、制动器。旋转元件固装在传动系统的传动轴上，其制动力矩须经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器则称为中央制动器。车轮制动器一般用于行车制动，也有兼用于第二制动 <或应急制动）和驻车制动的。中央制动器一般只用于驻车制动和缓速制动。12.3 制动强度和附着系数利用率上面已给出了制动强度q 和附着系数利用率的定义式，如式<6）和式<12）所示。下面再讨论一下当=、和时的 q 和。根据所选定的同步附着系数，可由式 <8）及式 <10）求得<13）<14）进而求得<15）<16）当时：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= 。由式 &l

28、t;6）、式 <7）、式 <12）和式 <15）得(17>XIII / 17(18>(19>当时：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。由式 <6）、式 <7）、式 <12）和式 <16）得<20）<21）<22）对于值恒定的汽车，为使其在常遇附着系数范围内不致过低，其值总是选的小于可能遇到的最大附着系数。所以在的良好路面上紧急制动时，总是后轮先抱死。13. 制动器的热容量和温升校核应核算制动器的热容量和温升是否满足如下条件：式中各制动盘的总质量； 与各制动盘相连的受热金属件 <如轮毂、轮辐、轮辋、制动钳体等）的总质量； 制 动 盘 材 料 的 比 热 容 ， 对 铸 铁 c=482J/(kg/K>, 对 铝 合 金c=880J/(kg/K>。XIV / 17与制动盘相连的受热金属的比热容；制动盘的温升 <一次由=30km/h 到完全停车的强烈制动，温升不应超过）；L满载汽车制动时由动能转变为的热能，因制动过程迅速，可以认为制动产生的热能全部为前、后制动器所吸收，并按前