1、課程設計任務書課程 車輛工程綜合課程設計 題目 某轎車前輪制動器主要零件設計（蹄或鉗及輪缸部分）1 專業 車輛工程 姓名 學號 主要內容及基本要求：已知條件：總質量為2200kg；前軸負荷率為35%；質心高度為1m；軸距為3.05m。輪胎型號：225/60R16。制動性能要求：初速度為50km/h，制動距離為15m.在以上條件下，完成制動器主要基本參數的選擇、確定（與后輪制動器設計的同學共同完成）；完成制動器主要零件的設計計算；完成前輪制動器主要零件設計的設計圖紙。工程圖紙須規范化，計算說明書須用國際單位制量綱。參考資料：1王望予.汽車設計（第4版）.北京：機械工業出版社,20042王國權,龔

2、國慶.汽車設計課程設計指導書.北京：機械工業出版社,20093王豐元,馬明星.汽車設計課程設計指導書.北京：中國電力出版社,20094陳家瑞.汽車構造（第3版下冊）.北京：機械工業出版社,20095余志生.汽車理論（第5版）.北京：機械工業出版社,20096張海青.耐高溫的盤式制動片.非金屬礦.2008完成期限 2017.8.28至2017.9.22 指導教師 專業負責人 2014年 9月 18 日目錄1設計要求12制動器形式方案分析與選擇12.1鼓式制動器12.2盤式制動器23前輪制動器設計計算63.1制動系統主要參數數值63.1.1相關的賽車主要參數63.1.2同步附著系數的分析73.1.

3、3地面對前、后輪的法向反作用力83.2制動力分配系數及制動力矩83.3制動器相關計算93.4制動器主要零部件的結構設計114制動性能分析134.1制動性能評價指標134.2 制動效能134.3制動效能的恒定性134.4制動時汽車方向的穩定性134.5摩擦襯塊的磨損特性計算145總結16參考文獻171設計要求已知條件：總質量為2200kg；前軸負荷率為35%；質心高度為1m；軸距為3.05m。輪胎型號：225/60R16。制動性能要求：初速度為50km/h，制動距離為15m.在以上條件下，完成制動器主要基本參數的選擇、確定；完成制動器主要零件的設計計算；完成前輪制動器主要零件設計的設計圖紙。工程

4、圖紙須規范化，計算說明書須用國際單位制量綱。2制動器形式方案分析與選擇2.1鼓式制動器鼓式制動器也叫塊式制動器，是靠制動塊在制動輪上壓緊來實現剎車的。鼓式制動是早期設計的制動系統，其剎車鼓的設計1902年就已經使用在馬車上了，直到1920年左右才開始在汽車工業廣泛應用。鼓式制動器的主流是內張式，它的制動塊(剎車蹄)位于制動輪內側，在剎車的時候制動塊向外張開，摩擦制動輪的內側，達到剎車的目的。近三十年中，鼓式制動器在轎車領域上已經逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本比較低，仍然在一些經濟類轎車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。 按制動蹄運動方向；鼓式制動器是利用制動蹄片擠壓制動鼓而

5、獲得制動力的，可分為內張式和外束式兩種。內張鼓式制動器是以制動鼓的內圓柱面為工作表面，在現代汽車上廣泛使用；外束鼓式制動器則是以制動鼓的外圓柱面為工作表面，目前只用作極少數汽車的駐車制動器。鼓式制動器根據制動蹄張開裝置(也稱促動裝置)形式的不同，可分為輪缸式制動器和凸輪式制動器，如圖2-1所示。輪缸式制動器以液壓制動輪缸作為制動蹄促動裝置，多為液壓制動系統所采用；凸輪式制動器以凸輪作為促動裝置，多為氣壓制動系統所采用。圖2-1 輪缸式制動器輪缸式制動器按制動蹄的受力情況不同，可分為領從蹄式、雙領蹄式(單向作用、雙向作用)、雙從蹄式、自增力式(單向作用、雙向作用)等類型，如圖2-2所示。圖2-2

6、 各式輪缸式制動器2.2盤式制動器盤式制動器摩擦副中的旋轉元件是以端面工作的金屬圓盤，此圓盤稱為制動盤。其固定原件則有多種結構形式，大體上可分為兩類。一類是工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動塊，每個制動器中有2到4個。這些制動塊及其促動裝置都裝在橫跨制動盤兩側的夾鉗形支架中，總稱為制動鉗。這種由制動盤和制動鉗組成的制動器，稱為鉗盤式制動器。另一類固定元件的金屬背板和摩擦片也呈圓形，但其制動盤的全部工作面可同時與摩擦片接觸，故該類制動器稱為全盤式制動器。1） 鉗盤式 鉗盤式制動器按制動鉗的結構形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等。 定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，

7、制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉。具有以下優點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結構及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應多回路制動系的要求。 浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優點：僅在盤得內側具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性小；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。固定鉗式 制動鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而其中必須在制動盤兩側裝設制動塊促動裝置，以便分別將兩側的制動塊壓向制動盤。這種形

8、式也成為對置活塞式或浮動活塞式。如圖2-3示。 圖2-3 固定鉗盤式制動器浮動鉗式 圖2-4 浮動鉗盤式制動器  （1）滑動鉗式 制動鉗可以相對于制動盤作軸向滑動，其中只有在制動盤的內側置有液壓缸，外側的制動塊固定安裝在鉗體上。制動時活塞在液壓作用下使活動制動壓靠到制動盤上，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。圖2-3（a）所示。  （2）擺動鉗式 它也是單側液壓缸結構，制動鉗體與固定在車軸上的支座鉸接。為實現制動，鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內擺動。顯然，制

9、動塊不可能全面而均勻的磨損。為此，有必要經襯塊預先作成楔形。在使用過程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻后即應更換。圖2-3（b）所示。浮鉗盤式制動器的制動鉗一般設計得可以相對制動盤轉向滑動。其中，只在組、制動盤的內側設置液壓缸，而外側的制動塊則附加裝在鉗體上。 2） 全盤式圖2-4 全盤式制動器在全盤制動器中，摩擦副的旋轉元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同，如圖2-4所示。由于這種制動器散熱條件較差，其應用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。與鼓式制動器相比，盤式制動器有如下優點： 熱穩定性好。原因是一般無自行增力作用。襯塊摩擦表面壓

10、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。    水穩定性好。制動塊對盤的單位壓力高，易將水擠出，因而浸水后效能降低不多；又由于離心力作用及襯塊對盤的擦拭作用，出水后只需經一，二次制動即能恢復正常。鼓式制動器則需經十余次制動方能恢復。    制動力矩與汽車運動方向無關。 易于構成雙回路制動系，使系統有較高的可靠性

11、和安全性。    尺寸小，質量小，散熱良好。 壓力在制動襯塊上分布比較均勻，故襯塊上磨損也均勻。    更換制動塊簡單容易。 襯塊與制動盤之間的間隙小（0.050.15mm），從而縮短了制動協調時間。 易實現間隙自動調整。 盤式制動器的主要缺點是： 難以實現完全防塵和銹蝕（封閉的多片式全盤式制動器除外）。     兼作駐車制動器時，所需附加的手驅動機構比較復雜。 在制動驅動機構中必須裝用助力器。 

12、因為襯塊工作面積小，所以磨損快，壽命低，需用高材質的襯塊。 因此，從結構，散熱，技術，成本等多方面考慮，決定采用滑動浮鉗盤式制動器。3前輪制動器設計計算3.1制動系統主要參數數值相關的汽車主要參數汽車主要參數如表3-1所示。表3-1 汽車相關參數編號名稱符號數值單位1質量m2200kg2重力G21582N3質心高1000mm4軸距L3050mm5質心至后軸的距離b1067.5mm6輪胎半徑r338.2mm3.1.2同步附著系數的分析計算1.當時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩定工況，但喪失了轉向能力； 2.當時：制動時總是后輪先抱死，這是容易發生后軸策劃而使汽車喪失方向穩定性； 3

13、.當時：制動時汽車前后輪同時抱死，是一種穩定工況，但也喪失了轉向能力。 分析表明，汽車在同步系數為j的路面上制動（前后輪同時抱死）時，其制動減速度，即q=0j,q為制動強度。而在其他附著系數的路面上制動時，達到前輪或者后輪即將抱死的制動強度q<0,這表明只有在=0的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。已知，汽車制動初速度制動初速度=50km/h，制動距離S=15m，因此可計算得出同步附著系數 （3-1） 3.1.3地面對前輪的法向反作用力在良好水平路面上，前、后輪同時抱死（不論是同時抱死或分別先后抱死），此時忽略賽車的空氣阻力和滾動阻力，地面作用于前輪的法向反力為： （3-2） 3

14、.2制動力分配系數及制動力矩1.制動器制動力分配系數 制動時四個車輪同時抱死，。 （3-3）2.制動器制動力矩的確定. （3-4） 3.3制動器有關計算1.制動盤直徑選擇D制動盤直徑D應盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70一79。總質量大于2t的汽車應取上限。因此D=16×25.4×79=321.056mm,在這里圓整為320mm。2.制動盤厚度選擇h制動盤厚度對制動盤質量和工作時的溫升有影響。為使質量小些，制動盤厚度不宜取得大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜

15、取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風的需要在制動盤中間鑄出通風孔道。一般實心制動盤厚度可取為1020mm，通風式制動盤厚度取為2050mm，采用較多的是2030mm。這里制動盤確定為通風盤，厚度h取20mm。3.摩擦襯塊的內外半徑確定摩擦襯塊是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內半徑及推薦摩擦襯塊外半徑2R與內半徑1R的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內側圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導致制動力矩變化大。制動盤直徑D=320mm, 因此可取160mm為滿足 則可取110mm。

16、4. 摩擦塊工作面積A 在確定盤式制動器制動襯塊工作面積A時，根據制動襯塊單位面積占有的汽車質量，推薦在1.63.0kg/cm²。所以,即取制動襯塊圓心角,根據扇形面積公式： (3-5)可知A滿足要求。5.摩擦片材料及摩擦系數選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數要高些，更要求其熱穩定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數，應提高對摩擦系數的穩定性和降低制動器對摩擦系數偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用擦材料的摩擦系數的穩定值約為 0.30.5，少數可達0.7。一般說來，摩擦系數愈高的材料，其耐磨性差。所以在制動器設計時并非一定要

17、追求高摩擦系數的材料。當前國產的制動摩擦片材料在溫度低于 250時，保持摩擦系數f=0.350.45 已無大問題。因此，在假設的理想條件下計算制動器的制動力矩。另外，在選擇摩擦材料時應盡量采用減少污染和對人體無害的材料。所選擇摩擦系數f=0.4。6.前輪制動輪缸的尺寸計算(1)制動輪缸對制動塊施加的張開力假定襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動器的制動力矩為 （3-6）R取平均半徑 對于前輪：制動力矩 摩擦塊壓緊力 (2)制動輪缸直徑d的確定制動輪缸對制動塊施加的張開力 與輪缸直徑d和制動管路壓力p的關系為： (3-7) 這里取油管壓力p=10MPa;前輪： 前后制動

18、輪缸應采用相同規格，依據HG2865-1997標準，選取d=40mm表3-2 制動器主要參數制動盤外徑/mm工作半徑/mm制動盤厚度/mm摩擦襯快厚度/mm摩擦面積/cm²輪缸直徑/mm前輪320135205118.20403.4制動器主要零部件的結構設計1.制動盤 制動盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr或Ni等合金鑄鐵制成。制動盤在工作時不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負荷。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動器的制動盤有的鑄成中間有徑向通風槽的雙層盤這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20-30%，但盤得整體厚度較厚。本次設計采用的材料為HT250。2.制動鉗 制動

19、鉗由可鍛鑄鐵KTH370-12或球墨鑄鐵QT400-18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄。 3.制動塊 制動塊由背板和摩擦襯快組成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘結在一起。 4.摩擦材料 制動摩擦材料應具有穩定的摩擦系數，抗熱衰退性要好，不應在溫升到某一數值以后摩擦系數突然急劇下降，材料應有好的耐磨性，低的吸水（油、制動液）率，低的壓縮率、低的熱傳導率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能，制動時應不產生噪聲、不產生不良氣味、應盡量采用污染小對人體無害的摩擦材料。當前，制動器廣泛采用模壓材料。5.制動輪缸 制動輪缸采用單活塞式制動輪缸，其在制動器中布置方便。輪缸的缸體

20、由灰鑄鐵HT250制成。其缸簡為通孔，需鏜磨。活塞由鋁合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂快，以支承插槽中的制動蹄，極端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內端面處得橡膠皮碗密封。本次設計采用的是HT250.4制動性能分析4.1制動性能評價指標汽車的制動性主要由下列三方面來評價： 1)  制動效能，即制動距離與制動減速度。 2）制動效能的恒定性，即抗熱衰退性能。 3）制動時汽車的方向穩定性，即制動時汽車不發生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。4.2 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

21、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。4.3制動效能的恒定性制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。汽車在高速行駛或下長坡連續制動時制動效能保持的程度。因為制動過程中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保持在冷態時的制動效能，已成為設計制動器時要考慮的一個重要問題。4.4制動時汽車方向的穩定性制動時汽車的方向穩定性，常用制動時汽車給定路徑行駛的能力來評價。若制動時發生跑偏、側滑或失去轉向能力。則汽車將偏離原來的路徑。 制動過程中汽車維持直線行駛，或按預定彎道行駛的能力，稱為方向穩定性。影響

22、方向穩定性包括制動跑偏、后軸側滑或前輪失去轉向能力三種情況。制動時發生跑偏、側滑或失去轉向能力時，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來評價汽車制動時的方向穩定性，對制動距離和制動減速度兩指標測試時都要求了其實驗通道的寬度。 方向穩定性是從制動跑偏、側滑以及失去轉向能力方面來考驗。 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不相等。 2) 制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上不協調（相互干涉）。 前者是由于制動調整誤差造成的，是非系統的。而后者是屬于系統性誤差。側滑是指汽車制動

23、時某一軸的車輪或兩軸的車輪發生橫向滑動的現象。最危險的情況時高速制動時后軸發生側滑。防止后軸發生側滑應使前后軸同時抱死或前軸先報死后軸始終不抱死。 理論分析如下，真正的評價需要靠實驗。4.5摩擦襯塊的磨損特性計算摩擦襯塊的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動鼓（制動盤）的材質及加工情況，以及襯片本身材質等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損性能極為困難。但試驗表明，影響磨損的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。 從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能（動能和勢能）的一部分轉變為熱能而耗散的過程。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全部動能耗散的任

24、務。此時，由于制動時間很短，實際上熱能還來不及逸散到大氣中就被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。這就是所謂制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴重。對于盤式制動器的襯塊，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消散率，即單位時間內襯塊單位摩擦面積耗散的能量，通常所用的計量單位為W/mm²。比能量耗散率有時也稱為單位功負荷，或簡稱能量負荷。雙軸汽車的單個前輪及后輪制動器的比能量耗散率分別為 （4-1） （4-2） （4-3）式中，為汽車總質量；為汽車回轉質量換算系數；為制動初速度和終速度（m/s）；j為制動減速度（m/s²）；t為制動時間；為前、后制動襯片（襯塊）的摩擦面積(mm²)；為制動