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摘要
本科畢業(yè)設計（論文）
題 目： 某中級轎車前輪制動器設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學 號：
指導教師：
日 期： 2013年5月
摘要
本設計的題目為某中級轎車前輪制動器設計，本設計選用前輪盤式制動盤式制動器分為定鉗盤式和浮鉗盤式。在充分了解制動器的結構及工作原理的基礎上借助多方面的資料進行設計、論證再選定相關參數(shù)并進行計算確定具體參數(shù)如下：
制動力分配；前軸制動力Fu1=4486.3 N 后軸制動力 Fu2=9405.2 N
同步附著系數(shù)；=0.7
制動器效能因數(shù)；k=0.6
制動力矩：制動力矩是制動器產生的，迫使汽車減速或停止的阻力矩，由該車所能遇到的最大附著系數(shù)；制動強度q；車輪有效半徑；汽車滿載質量G；汽車軸距L；通過計算得出：前輪的制動力矩為Mu1=1358.15 N·m 后輪制動力矩Mu2=497.2 N·m
由以上參數(shù)進行設計計算確定主要零部件尺寸和制造材料最后對制動系統(tǒng)性能要求進行校核，并用solidworks三維軟件繪制出制動器零件的零件模型和制動器裝配模型。
關鍵詞：制動性能 solidworks 盤式制動器
Abstract
The topic of this design for the design of the front wheel brake a intermediate car,this design selects the front disc brakedisc brake caliper disc is divided into fixed and floating caliper.On the basis of understanding the structure and working principle of the brake,with various materials to design,demonstrate the selected parameters and the calculation to determine the specific parameters are as follows:
The braking force distribution;front axle braking force Fu1=4486.3 Nthe rear axle braking force Fu2=9045.2 N.
The synchronous adhesion coefficient: =0.7
Brake effiency factor:k=0.6
Brake torque:Brake torque is generated by the brake, torque force car to slow down or stop,maximum adhesion coefficient can meet the vehicle ;severity of braking q；the effective radius re;The car loaded with quality G;the vehicle wheelbase L;calculation the front wheel brake toeque Mu1=1358.15 N·m,the rear wheel brake toeque Mu2=497.2 N·m
The design calculation of main parts size and material from the above parameters,the brake system performance requirements of applications,and use SolidWorks software to draw the parts of 3D model and the brake brake parts model.
Keywords： braking performance solidworks disc brake
目錄
目 錄
第一章緒論 1
1.1制動系統(tǒng)設計的意義 1
1.2 制動器的發(fā)展歷程 1
1.3 國內汽車盤式制動器的應用 2
1.4 國外汽車盤式制動器的應用 3
1.5 目前制動器的發(fā)展現(xiàn)狀 5
第二章 制動器的結構與設計原則 11
2.1 汽車制動系功用及分類 11
2.2 盤式制動器的分類與介紹 11
2.3 盤式制動器的結構與工作原理 14
2.4 制動器設計的一般原則 15
2.4.1 制動效能 16
2.4.2 制動效能穩(wěn)定性 16
2.4.3 制動間隙調整簡便性 16
2.4.4 制動器的尺寸及質量 16
2.4.5 噪音的減輕 17
第三章 制動器設計 18
3.1 主要設計參數(shù) 18
3.2 盤式制動器主要元件 18
3.2.1 制動盤 18
3.2.2 制動塊 20
3.2.3 制動鉗 21
3.2.4 襯塊報警裝置設計 22
3.2.5 摩擦材料 22
3.2.6 制動器間隙及調整 22
3.3 制動器制動力分配分析 23
3.4 同步附著系數(shù)的選取 23
3.5 制動器效能因數(shù) 25
3.6 制動器制動力矩的計算 25
3.7 制動系統(tǒng)性能要求 25
3.7.1 制動時汽車的方向穩(wěn)定性的要求 26
3.7.2 制動減速度的要求 26
3.7.3 制動距離的要求 27
3.7.4 制動力矩的要求 27
3.7.5 對車輪制動器的比能量耗散率的要求 27
3.7.6 對比摩擦力的要求 27
3.7.7 對熱流密度的要求 27
3.7.8 對襯塊吸收功率的要求 27
3.7.9 對平均摩擦力的要求 28
3.7.10 行車制動至少有兩套獨立的驅動器的管路 28
3.7.11 防止水和污泥進入制動器工作表面 28
3.7.12 要求制動能力的熱穩(wěn)定性好 28
3.7.13 操縱輕便 28
3.7.14 緊急制動時踏板力的計算 28
3.7.15 制動踏板行程的計算 29
3.7.16 其他 29
3.8 摩擦襯片的磨損特性 29
第四章 校核 32
4.1制動器的熱容量和溫升的核算 32
4.2.1 制動盤的技術要求 32
4.2.2 制動鉗技術總成要求 33
4.2.3 前輪輪轂總成技術要求 33
結論………………………………………………………………………………….35
參考文獻…………...…………………………………………………………… ...36
致謝……………………….………………………………………………………... 38
知識產權聲明………………...…………………………………………………..39
獨創(chuàng)性聲明……………………………………………………………………..…40
附錄：…………………………….………………………………………………...41
1、總裝配模型
2、各零件模型
3、總裝配模型爆炸視圖
緒論
第一章 緒論
1.1制動系統(tǒng)設計的意義
汽車是現(xiàn)代交通工具中用的最多最普遍也是最方便的交通運輸工具。汽車制動系是汽車底盤上的一個重要系統(tǒng)他是制約汽車運動的裝置。而制動器又是制動系統(tǒng)中直接作用制約汽車運動的一個關鍵裝置是汽車上最重要的安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的發(fā)展和車流密度的日益增大人們對安全性、可靠性要求越來越高為保證人身和車輛安全、必須為汽車配備十分可靠的制動系統(tǒng)。
通過查閱相關的資料運用專業(yè)基礎理論和專業(yè)知識進行部件的設計計算和結構設計使其達到以下要求：具有足夠的制動效能以保證汽車的安全性；同時在材料的選擇上應盡量采用對人體無害的材料[1]。
1.2 制動器的發(fā)展歷程
制動器分車輪制動器和中央制動器兩種后者制動傳動軸或變速器輸出軸。由于中央制動器在應急制動時容易造成傳動軸超載現(xiàn)在大多數(shù)車在后輪制動器上附加手動機械式驅動機構使之兼起駐車制動和應急制動時用[2]。
從耗散能量的方式分制動器有摩擦式液力式電磁式和渦流式。
迄今為止人們已經把全息照相、激光多普勒分析、有限元分析以及試驗模態(tài)技術等引入到制動器的振動和噪聲研究中并取得了大量的成果。全息照相技術向人們展示了制動過程中振動的真實形態(tài);有限元及模態(tài)分析的統(tǒng)一使得建立與實際相符合的振動的數(shù)學模型成為了可能這些都對制動系統(tǒng)的設計和分析提供了便利。
在對系統(tǒng)進行分析、綜合和預測時需要給出系統(tǒng)的動態(tài)特性。此時實際系統(tǒng)可能尚未完成或者處十經濟性、安全性等因素的考慮無法通過試驗進行驗證往往需要借助于系統(tǒng)仿真來實現(xiàn)這一要求。所謂系統(tǒng)仿真是指利用計算機來運行仿真模型模仿實際系統(tǒng)的運行狀態(tài)及隨時間變化的過程并通過對仿真運行過程的觀察和統(tǒng)計得出被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特性以此來推斷和估計實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和真實性能。
采用仿真方法研究汽車的各項性能時需對汽車作適當?shù)暮喕缓髴煤?
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畢業(yè)設計（論文）
化模型進行計算分析。隨著簡化程度的不同必然會使計算結果與實際情況之間存在不同程度的偏差。由于汽車是一個復雜的系統(tǒng)，其整車、零部件以及各總成的運動模型和力學模型相當復雜對這些模型進行分析計算同時要保證一定的精度所需要的工作量是很大的在很大程度上受到了計算機處理能力的限制。
隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展計算機對數(shù)據(jù)的處理能力有了突飛猛進的提高因此使得計算機仿真技術越來越多地用于汽車的研究開發(fā)和設計制造中。近年來虛擬樣機技術(Virtual Prototype Technology)得到快速的發(fā)展采用虛擬樣機技術可以綜合考慮制動器非線性法向載荷、粘滑作用、結構等因素分析具體情況下制動器振動的主要誘因。虛擬樣機技術已成為解決工程問題的一種快速、有效的手段[3]。
1.3 國內汽車盤式制動器的應用
隨著我國汽車工業(yè)技術的發(fā)展，特別是轎車工業(yè)的發(fā)展，合資企業(yè)的引進國外先進技術的進入汽車上采應用盤式制動器配置才逐步在我國形成規(guī)模。特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性滿足人們不斷提高的生活物質需求、改善生活環(huán)境等方面都發(fā)揮了很大的作用。
(1) 在轎車、微型車、輕卡、SUV及皮卡方面：在從經濟與實用的角度出發(fā)一般采用了混合的制動形式即前車輪盤式制動后車輪鼓式制動。因轎車在制動過程中由于慣性的作用前輪的負荷通常占汽車全部負荷的70%～80%所以前輪制動力要比后輪大。生產廠家為了節(jié)省成本就采用了前輪盤式制動后輪鼓式制動的混合匹配方式。采用前盤后鼓式混合制動器這主要是出于成本上的考慮同時也是因為汽車在緊急制動時軸荷前移對前輪制動性能的要求比較高這類前制動器主要以液壓盤式制動器為主流采用液壓油作傳輸介質以液壓總泵為動力源后制動器以液壓式雙泵雙作用缸制動蹄匹配。目前大部分轎車(中檔類如夏利、吉利、神龍富康、上海華普、捷達)、微型車（長安之星、昌河、豐田海獅、天津華利、江鈴全順）、高端輕卡（東風小霸王、江鈴、瑞風、南京依維柯）、SUV及皮卡（湖南長豐、江鈴皮卡）等采用前盤后鼓式混合制動器。2004年我國共產此類車計110萬輛以上。但隨著高速公路等級的提高乘車檔次的上升特別上國家安全法規(guī)的強制實施前后輪都用盤式制動器是趨勢。
(2) 在大型客車方面：氣壓盤式制動器產品技術先進性明顯可靠性總體良好具有創(chuàng)新性和技術標準的集成性。歐美國家自上世紀90年代初開始將盤式制動器用于大型公交車。至2000年盤式制動器（前后制動均為盤式）已經成為歐美國家城市公交車的標準配置。我國從1997年開始在大客車和載重車上推廣盤式制動器及 ABS防抱死系統(tǒng)因進口產品價格太高主要用于高端產品。2004年7月1日交通部強制在7～12米高Ⅱ型客車上 “必須”配備后國產盤式制動器得以大行其道。北京公交電車公司、上海公交、武漢公交、長沙公交、深圳公交、廣州公交等公司都在使用為大客車匹配的氣壓盤式制動器。生產廠家主要有：宇通公司2004年產20000多輛客車其中使用盤式制動器的客車已占一半多；宇通公司自制底盤部份是由二汽在EQ153前后橋基礎升級更改的每年有10000多套。二汽東風車橋用EQ153前后橋改型匹配氣壓盤式制動器的前后橋總成約占6000套以上是宇通公司最大的氣壓盤式制動器橋供應商。宇通公司每年需在一汽采客車底盤3000多臺一汽客底2004年供了2000多臺其中帶盤式制動器占一半以上。如一汽客底采用4E前轉向系統(tǒng)配置氣壓盤式制動器前橋、11噸420后橋裝在6100（10米）豪華客車上； 7噸盤式前橋與13噸435后橋配裝在6120（12米）豪華客車上等都是宇通公司市場前景較好利潤附加值很高的車型。江蘇金龍客車的7-9米高Ⅱ型客車客車采用湖橋供帶盤式制動器的車橋2004年在5500臺左右。廈門金龍客車10-12米高Ⅱ型客車以上客車、丹東黃?？蛙?0-12米高Ⅱ型客車、安徽凱斯鮑爾等等國內知名的大型廠家均已在批量生產帶盤式制動器的高檔客車。
(3) 重型汽車方面：作為重型汽車行業(yè)應用型新技術氣壓盤式制動器的已經屬成熟產品目前具有廣泛應用的前景。2004年3月紅巖公司率先在國內重卡行業(yè)中完成了對氣壓盤式制動器總成的開發(fā)。2005年元月份中國重汽卡車事業(yè)部在提升和改進卡車底盤的過程中在橋箱事業(yè)部配合下將22.5英寸氣壓盤式制動器成功“嫁接”到了重汽斯太爾重卡車前橋上。氣壓盤式制動器在重汽斯太爾卡車前橋上的成功“嫁接”解決了令整車廠及用戶困擾已久的傳統(tǒng)鼓式制動器制動嘯叫、頻繁制動時制動蹄片易磨損、雨天制動效能降低等一系列問題。氣壓盤式制動器首次在斯太爾卡車前橋上的應用也為今后開發(fā)重汽高速卡車提供了經驗和技術儲備。與此同時陜西重汽、北汽福田、一汽解放、東風公司、江淮汽車等國內大型汽車廠均完成了盤式制動器在重型汽車方面的前期型試試驗及技術貯備工作盤式制動器在某些方面可以說成為未來重卡制動系統(tǒng)匹配發(fā)展的新趨勢。
1．4 國外汽車盤式制動器的應用
國外汽車研發(fā)機構經過多年的研究和試驗氣壓盤式制動器在所有的主要性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的鼓式制動器并將其廣泛使用在新型的載重汽車上?，F(xiàn)在一些歐洲汽車公司制造的汽車上均已開始大量使用氣壓盤式制動器總成（這種氣壓盤式車輪制動器裝配組裝在汽車的前后車橋總成上）。氣壓盤式制動器與傳統(tǒng)的鼓式制動器相比在制動性能等方面的有明顯的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
(1) 制動力和安全性：在間斷制動狀態(tài)下鼓式與盤式制動器的制動能力相差不大。但盤式制動器在制動響應和制動控制方面的表現(xiàn)更好一些。但在連續(xù)制動過程中兩種制動器的差別很大。在長距離的坡路上駛下（如下山）盤式制動器在固定的制動壓力下完全不失去初始性能汽車能全程保持一定的速度行駛。相反裝有鼓式制動器的汽車為保持速度須逐漸增加制動壓力。持續(xù)制動后在同等制動壓力下盤式制動器產生的制動力只是略有下降而鼓式制動器的制動力下降非常大這兩種制性動器的安全因數(shù)有著很大的差別。
(2) 結構和成本：盤式制動器系統(tǒng)包括盤、襯墊、缸和卡鉗其零件數(shù)少于鼓式制動器系統(tǒng)同類車型相比其總成的總質量比鼓式制動器低18%。盤式制動器總成可以作為一個完整的部件送到車橋裝配線。
此部件即包括了盤式制動器的所有零件。這樣就有一個特別的優(yōu)越性就是可以把所有機械功能預調好的、經過試驗的裝置提供給用戶因而產品的責任有了明確規(guī)定。
(3) 維修保養(yǎng)：盤式制動器的整套操作機構密封在外殼中經潤滑以延長其壽命。所以盤式制動器幾乎是無需維修的維修主要是更換磨損零件即襯墊和盤。而且更換襯墊所需的時間也比更換鼓式制動器材套所需的時間少80%。這意味著不僅可以節(jié)省維修成本還能大大縮短非運營時間。
(4) 電子制動控制系統(tǒng)（EBS）：盤式制動器由于采用簡單且相當成熟的操作機構因而具有特別高的效率。其提供的制動靈敏性使EBS系統(tǒng)能夠實現(xiàn)一些強而有效的控制作用用以縮短制動距離提高車輛的穩(wěn)定性和磨損率。盤式制動器在響應方面的特性表現(xiàn)在每個車輪制動相差很小每個車軸的左右車輪之間的磨損分配均勻。
長期以來獨霸重卡汽車制動器領域的鼓式制動器 自從1996年戴—克裝有Schmitz公司制造的盤式制動器的奔馳重卡（Actros）貨車問世以來受到了嚴重的挑戰(zhàn)已面臨被淘汰的危險。盤式制動器以重量輕、磨損小、便于維修的特點聞名于世。為了降低自重和經營成本盤式制動器不僅用于主車的前、后橋上而且也裝配于掛車車橋。2000年國外裝配盤式制功器的車橋已占到了所有車橋總成的一半以上。
盤式制動器經過這幾年的不斷開發(fā)不斷改進發(fā)展非常迅猛。各大公司除在原有轎車用液壓盤式制動器有較大的發(fā)展外更注重在中、重汽車領域開發(fā)氣壓盤式制動器。
1) 博世(Bosch)公司制造出了16＂、17.5＂、19.5＂、22.5＂盤式制動器系列產品。
2) 世界著名的（Wabco）制動器制造公司開發(fā)出了19.5＂盤式制動器PAN 19-1。
3) 瑞典著名哈蒂克斯（Haldex）公司現(xiàn)已開發(fā)出了17.5＂、19.5＂和22.5＂三種規(guī)格的盤式制動器奔馳公司的車橋也安裝了Haldex公司的制動鉗。
4) 柯樂爾（Knorr）公司研制出了19.5＂、22.5＂盤式制動器。還開發(fā)出了—種有齒的盤式制動器它是通過另—個有齒的裝置與輪轂連接這種帶齒的制動盤2 001年初已批量生產提供給DAF裝在新開發(fā)的CF系列汽車上。
5) 德國BPW還與Knorr公司合作研制出新的19.5＂、22.5＂盤式制動器它的固定制動鉗是從側面用螺栓連接改變了一貫軸向用螺栓連接的方式。固定制動鉗螺栓采用全長螺紋。該盤式制動器重量減輕8～10kg。
6) 阿文美馳公司制造出了16＂、17.5＂、19.5＂、22.5＂盤式制動器。
7) 盧卡斯（Lucoss）制動器有限公司制造出了15.5＂、16＂、17.5＂盤式制動器（該公司現(xiàn)已被Wabco制動器制造公司購買）。
經過幾十年來的發(fā)展生產氣（液）壓盤式制動器的技術目前已經比較成熟形成了系列產品。例如：博世(Bosch)公司、Wabco制動器制造公司、阿文美馳公司等每年的產量都在20—50萬臺以上；在歐、美、日等發(fā)達國家已把盤式制動器作為標準件裝備在多級別的轎車、客車、中型、重型汽車上。我國在此項目上起步較晚大部分是隨著歐系、日系轎車的引進而上馬的轎車、微型車用液壓盤式制動器各廠家產品單一配套市場狹窄。氣壓盤式制動器則大部分是在1999—2002年間汽車熱中上馬的生產廠家國內目前真正形成規(guī)模化生產企業(yè)寥寥無幾如武漢元豐、淅江萬向、一汽四環(huán)等。但開發(fā)氣壓盤式制動器的熱火朝天的局面大有愈演愈烈的趨勢。
1.5 目前制動器的發(fā)展現(xiàn)狀
張靜雙[4]在《基于汽車制動器設計專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)》一文中提出了在市場競爭日益激烈的今天汽車零部件企業(yè)如果不能及時開發(fā)出自己的新產品以適應市場的需求那將有被淘汰的危險。為了提高產品設計質量縮短產品開發(fā)周期節(jié)約生產成本增強企業(yè)的市場競爭力非常重要的一環(huán)就是大力改進企業(yè)的設計技術手段。先進的設計手段必須以先進的設計理念為前提。以目前正處于開發(fā)階段的基于知識工程（KBE——Knowledge Based Engineering）的設計方法來研究制動器的設計問題對推動相關汽車零部件產品采用更加先進的開發(fā)手段具有十分重要的意義。 該文詳細研究了專家系統(tǒng)和知識工程的相關理論研究整理了制動器設計領域中的許多設計知識和經驗并將其應用于具體的系統(tǒng)開發(fā)；分析了制動器主要尺寸參數(shù)對制動器性能的影響規(guī)律給出了制動器性能評價標準的一般預測公式；深入研究了在面向對象的環(huán)境下專家系統(tǒng)中知識表達的實用形式、知識庫的建立模式以及推理機制的具體實現(xiàn)方法；探討了KBE設計方法在專家系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)方式；結合生產實際給出了產品CAD/CAE應用的有效設計實例。 在此基礎上利用Visual C++程序設計語言初步開發(fā)了一套汽車制動器設計專家系統(tǒng)（BDES）。
吳永海[5]在《汽車液壓制動系設計計算系統(tǒng)的設計》中以南京躍進汽車集團的橫向課題“轎車、中小型客車液壓制動系設計專家系統(tǒng)”為背景以制動器為研究對象以Pro／ENGINEER為CAD支撐軟件采用VB語言開發(fā)了一套汽車制動器專用CAD系統(tǒng)；提出了制動器離散化方案構建了參數(shù)化的制動器典型零部件三維圖形庫使用Pro／ENGINEER實現(xiàn)三維實體造型以及尺寸與關系的參數(shù)化驅動；圖形庫系統(tǒng)采用參數(shù)化圖庫引用、管理機制并擁有一個開放的擴充接口；研究了Pro／ENGINEER二次開發(fā)模塊Pro／Toolkit解決了同步模式下定制程序界面的問題并實現(xiàn)與Pro／ENGINEER的通信；建立了制動過程數(shù)學模型推導了制動方程式并給出相關解法編制了制動器數(shù)值仿真分析程序；構建了制動器設計資料庫。
谷曼[6]在文章《汽車制動器綜合制動性能實驗臺的設計》中提到汽車制動性能是確保車輛行駛的主、被動安全性和提升車輛行駛動力性決定因素之一。確保汽車保持良好的制動性能是汽車設計制造廠家和用戶的重要任務。汽車制動效能、制動抗熱衰退性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性是汽車制動性的三個重要評價指標。制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標。制動器是汽車制動系中用以產生阻礙車輛運動或運動趨勢的執(zhí)行器。汽車制動器總成制動性能試驗臺基本的評價指標有：制動距離、制動減速度、制動協(xié)調時間及制動力。 此文以汽車制動器總成制動性能試驗臺測控系統(tǒng)為研究對象。首先，分析了制動器的工作原理、分類、制動過程中制動器的受力分析以及制動性能檢測。然后，根據(jù)試驗臺的機械結構和對測控系統(tǒng)的要求，設計出制動器試驗臺的測控系統(tǒng)方案。重點介紹了測控系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計、直流調速控制系統(tǒng)和控制方法，實現(xiàn)了通過PROFIBUS—DP總線組成一個基于WINCC的主從站分布式控制系統(tǒng)。另外還對制動器試驗過程中兩大重要的測量項目——制動力和制動減速度進行數(shù)據(jù)分析和處理。最后，該文對混合慣量模擬方法作了簡單介紹，并對轉速控制方式和轉矩控制方式下實現(xiàn)混合慣量模擬進行了簡單的闡述。
武漢理工大學的董士琦[7]在《基于ANSYS的汽車制動盤模態(tài)分析》中提出制動器是汽車的重要安全部件之一，其利用制動系統(tǒng)摩擦副產生的摩擦力實現(xiàn)汽車的行車制動、應急制動和駐車制動。該文利用Matlab、CATIA、ANSYS等設計軟件，對制動器主要零部件制動盤進行了設計計算、參數(shù)化建模和有限元分析，獲得了尺寸參數(shù)，性能參數(shù)及有限元模型，并對制動盤進行了模態(tài)分析。基本上建立了制動盤的設計分析平臺。論文對當今國內外的制動器開發(fā)平臺的發(fā)展及應用情況進行了介紹分析了制動器平臺設計的意義和背景，闡述了盤式制動器的基本工作原理和組成。并提出制動器數(shù)字化平臺的基本思想：利用現(xiàn)代CAD/CAE方面的成果，設計滿足盤式制動器尺寸設計、三維模型建立和有限元分析的一體化數(shù)字平臺，得出相關的設計參數(shù)及分析結果。 對制動器系統(tǒng)提出設計要求，制定基本的設計準則。確定主要的制動器性能和尺寸參數(shù)，并根據(jù)理論計算公式，利用Matlab編寫計算程序，實現(xiàn)制動器主要設計參數(shù)的設計計算。 分析對比傳統(tǒng)CAD設計和參數(shù)化設計的優(yōu)缺點，對參數(shù)化設計的基本步驟進行了說明。盤式制動器的零部件比較多，但由于部分零件為異形不規(guī)則結構，并且需要定義的尺寸參數(shù)過多，不便于進行參數(shù)化設計。
陳燕[8]在課題《汽車制動器底板拉延成型工藝的改進》中研究了萬向錢潮(桂林)汽車底盤部件有限公司開發(fā)的汽車制動器底板，該零件形狀復雜、變形程度大，尺寸精度高，沖壓成形難度大，容易出現(xiàn)拉深斷裂或起皺現(xiàn)象，致使零件報廢。傳統(tǒng)的工藝和模具設計主要靠經驗和模具的反復修改來完成，生產效率低，浪費大量的人力、財力、物力以及時間。論文以基本形狀零件在拉延成形和脹形成形時的變形特點為基礎，分析汽車制動器底板在沖壓成形過程中的變形特點，并對其出現(xiàn)的破裂、起皺等主要成形缺陷進行研究;通過板料成形數(shù)值模擬技術對原拉延工藝進行模擬，針對模擬結果出現(xiàn)的開裂等成形缺陷問題進行工藝改進;同時，還利用均勻設計與數(shù)值模擬相結合的優(yōu)化方法研究汽車制動器底板預成形壓邊圈錐角、預成形壓邊力、摩擦系數(shù)工藝參數(shù)對汽車制動器底板成形質量的影響及優(yōu)化組合;最后通過試驗對汽車制動器底板成形的理論分析進行驗證，驗證結果表明改進后的工藝方案是合理、可行的。論文的工作解決了萬向錢潮(桂林)汽車底盤部件有限公司開發(fā)的汽車制動器底板原拉延工藝存在不足問題，消除了開裂現(xiàn)象，改善成形質量，降低生產成本，縮短產品的開發(fā)周期。
劉延安[9]以《大型礦用汽車制動器的發(fā)展》一文介紹了新的更加實用的制動規(guī)則，并將它與當前的要求進行了對比。報告了在WABCO 170C Haulpak卡車上，對塊式制動器(Shoebrake)進行的一系列制動性能試驗。試驗結果表明：基于靜力矩而設計的制動系統(tǒng)是不可取的，因為它對10％坡度是以在平直道路上作的等效停車試驗是不符合實際的，并且為了保證類似的瓦襯均具有較好的制動效果，還須對它們進行試驗。文中還討論了塊式制動器、馬達圓盤制動器(motor speed disc brake)及輪胎圓盤制動器(wheel speed disc brake)的優(yōu)缺點。
賴源生，戴雄杰[10]在課題《汽車制動器摩擦副材料選擇性配對問題的研究》中指出汽車制動器摩擦副材料的配對一直是被忽視的一個問題。該文對汽車制動器廣泛使用的對偶材質和新研制的四種對偶材質分別與石棉、粉末冶金和半金屬摩擦片配對進行了試驗研究，證實對偶材質不僅影響它本身的摩擦磨損性能，而且顯著地影響摩擦片的摩擦磨損性能，理想的對偶能提高雙方的耐磨性和增大摩擦系數(shù)，同時改善熱衰退性能，使摩擦特性更加穩(wěn)定。摩擦片對其對偶具有選擇性配對的特性，對三種摩擦片的對偶研制出較好的配對材料。
鄧兆詳，楊善臣[11]在中《汽車制動器三維參數(shù)化的設計技術分析》一文中針對傳統(tǒng)汽車零部件設計方法的局限性，提出了基于“軟原型”的設計分析方法。通過開發(fā)一套專用的CAD系統(tǒng)———鼓式制動器設計分析系統(tǒng) ，深入研究了“虛擬產品”設計方法和參數(shù)化建模技術 ，并在軟件的開發(fā)過程中 ，提出了一些新的解決手段。該系統(tǒng)基于VB語言 ，將數(shù)據(jù)庫、圖形庫與設計模塊結合在一起 ，以特征參數(shù)的獲取為表征對象 ，利用參數(shù)驅動建模 ，實現(xiàn)了設計與分析過程的有效銜接 ，極大地提高了汽車制動器設計效率 ，縮短了產品的開發(fā)周期。
張元濤，謝昭力，馮引安[12]在課題《汽車制動器試驗制動管壓伺服系統(tǒng)建模與仿真》指出汽車制動器試驗制動管壓伺服系統(tǒng)是一個電-氣-液非線性時變系統(tǒng)，是汽車制動器臺架試驗的重要內容。在分析制動管壓伺服系統(tǒng)工作原理的基礎上，建立制動管壓電-氣-液伺服系統(tǒng)數(shù)學模型。為了實現(xiàn)制動管壓的快速和高精度伺服控制，結合PID控制和模糊控制的優(yōu)點，提出一種模糊PID復合控制器的設計方法，并進行計算機仿真。Matlab仿真結果表明，該控制器具有響應快、超調小、適應性好、魯棒性強等優(yōu)點，較好地滿足了控制要求。
寧曉斌，孟彬，王磊[13]在《重型汽車制動器虛擬樣機的建模與應用》為準確計算重型汽車鼓式制動器的制動效能因數(shù)，采用三維CAD繪圖軟件Pro/ENGINEER、有限元軟件ANSYS、多體動力學仿真軟件MSC.ADAMS，通過開發(fā)柔性體摩擦片與剛體制動蹄連接模塊、柔性體摩擦片與剛體制動鼓非線性接觸模塊，建立了鼓式制動器的虛擬樣機模型。應用鼓式制動器虛擬樣機模型，對北京首鋼重型汽車制造廠32t重型汽車的鼓式制動器進行仿真計算，仿真得出的鼓式制動器的制動效能因數(shù)，與試驗測試結果基本相符。
李紫輝，董欣，房長江[14]在課題《基于CAPP的汽車制動器支架加工仿真設計》中結合生產實際，對汽車盤式制動器支架進行工藝分析確定其最終加工路線的基礎上，采用CAXA實體設計軟件，首次完成了工件、夾具、加工設備的實體造型設計，并應用該軟件的三維動畫功能，實現(xiàn)了汽車盤式制動器支架三維實體虛擬機械加工過程的仿真設計，可代替或大幅度減少試切加工，為降低生產成本、提高產品質量等方面提供了新途徑。
楊麗英，李旗號，謝鋒[15]在《汽車制動器試驗臺飛輪組及其裝卸系統(tǒng)設計》表達了為準確、有效地檢測制動器綜合性能，采用慣性飛輪對汽車行駛慣量進行模擬，模擬的慣量大小應在一定范圍內可調并達到相應的精度要求。文章嚴格參照國家制動器試驗標準和性能要求，對汽車制動器性能試驗臺的飛輪組及其裝卸系統(tǒng)設計進行研究，介紹了一種對飛輪組進行優(yōu)化重組的方法，并對其裝卸系統(tǒng)進行詳述。利用該系統(tǒng)能夠對飛輪組合進行調整，以模擬各試驗所需的不同慣量。經實際應用驗證，該系統(tǒng)能夠滿足試驗標準要求，并且裝拆與調整便捷。
杜家熙，沈宏，張萬琴[16]在課題《汽車制動器試驗臺的計算機建模及其仿真分析》中以Matlab仿真軟件為平臺研究并建立了汽車制動器試驗臺計算機控制的積分方程模型、能量守恒模型、差分方程模型，確定了每一離散時間段驅動電流與主軸力矩的關系。用曲邊梯形的面積代替積分的思想進行了能量誤差分析，設計了各種模型的計算機控制方法，并根據(jù)風阻和軸承摩擦以及其它阻力形式的消耗的影響，對各控制模型進行了相應的修正，從而提高了計算機控制的精度，為檢驗汽車制動器設計的優(yōu)劣和檢測制動器的綜合性能提供了有效的方法。
趙凱輝，魏朗，余強[17]等通過《發(fā)動機制動工況下汽車制動器摩擦性能分析》一文建立了基于恒速制動車輛縱向力平衡方程、制動器耗散功率及其溫度變化微分方程、管路壓力調節(jié)等子模型的恒速長下坡汽車制動器摩擦性能分析系統(tǒng)。以兩軸中型汽車為例，對前后制動器在不同擋位發(fā)動機制動時的溫度、制動副摩擦因數(shù)、制動力分配及管路壓力變化進行了計算。結果表明，在不影響車速情況下，合理使用各擋發(fā)動機制動可改善汽車前、后制動器熱負荷，減小或避免制動摩擦力矩熱衰退，保證汽車下長坡安全行駛[8]。
姚冠新，夏園，魏龍慶[18]在《多纖維增強汽車制動器摩擦材料的摩擦磨損特性研究》中提出為了解多纖維增強摩擦材料各組分在制動摩擦過程中所起的作用，采用XD-MS定速式摩擦試驗機測定所制備的摩擦材料的摩擦磨損性能，通過掃描電鏡觀測在不同溫度下磨損后的表面形貌。結果表明：摩擦材料的摩擦因數(shù)比較穩(wěn)定且在高溫時摩擦因數(shù)沒有顯著下降，磨損率也在規(guī)定范圍內;摩擦材料在低溫下主要是磨粒磨損，高溫下樹脂分解產生熱磨損，同時伴隨著磨粒磨損和疲勞磨損。
陳立東，李樹珍，張立山[19]等在課題《載貨汽車制動器自動水冷系統(tǒng)的設計》中為提高重型貨車制動器在山路和下長坡時制動安全性能，設計了一種能自動檢測水位并能自動控制噴水時間的制動器自動控制水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由噴水裝置、缺水報警系統(tǒng)和噴水量自動控制系統(tǒng)組成，由單片機采集熱電偶溫度傳感器測定的制動器溫度并控制噴水時間，能夠實現(xiàn)缺水自動報警、均勻噴水和水量自動控制的功能。該系統(tǒng)結構簡便，原理簡明易懂，工作可靠，能耗低、成本較低。
王紅俠，姚冠新[20]在論文《纖維混雜增強汽車制動器摩擦材料的研究》中研制了以芳綸漿粕、玻璃纖維、硅灰石纖維和鈦酸鉀晶須作為增強體的汽車制動摩擦材料。利用定式速摩擦試驗機測試其摩擦磨損性能，通過掃描電鏡對其在不同溫度下的磨損形貌進行了觀察和分析。結果表明：含芳綸3%、玻璃纖維12%、硅灰石12%、鈦酸鉀晶須10%、改性樹脂12%的摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能;摩擦材料在中高溫磨損主要是磨粒磨損和熱疲勞磨損。
制動器的結構與設計原則
第二章 制動器的結構與設計原則
2.1 汽車制動系功用及分類
汽車制動系是制約汽車運動的裝置有三種基本方法：
(1) 使汽車減速直至停止；
(2) 使汽車下坡時不至超過一定速度；
(3) 使汽車能可靠地停放在斜坡上。
盤式制動器基本分為三類：
(1) 多片全盤式制動器；
(2) 固定卡盤式制動器；
(3) 浮動卡盤式制動器。
2.2 盤式制動器的分類與介紹
按摩擦副中固定元件結構盤式制動器可分為鉗盤式和全盤式。按制動鉗結構形式分鉗盤式制動器可分為固定鉗盤式和浮鉗盤式。固定鉗盤式制動器結構如圖2.1和圖2.2所示浮鉗盤式制動器結構如圖2.3所示。
畢業(yè)設計（論文）
I車橋
活塞
制動鉗
制動盤
圖2.1 固定鉗盤式制動器
輪轂
制動盤
制動鉗
圖2.2 固定鉗盤式制動器II
車橋
活塞
制動鉗
制動盤
圖2.3 浮鉗盤式制動器
固定鉗盤式在汽車上用的最早（50年代就開始使用）優(yōu)點是：除活塞和制動塊外無滑動件這易保證鉗的剛度易實現(xiàn)從鼓式到盤式的改進也能適用分路系統(tǒng)的要求。
近年來由于汽車性能要求的提高固定鉗盤式的缺點暴露較明顯因而導致浮動鉗（特別是滑動鉗）的迅速發(fā)展。首先固定鉗至少要有兩個油缸分置于制動盤兩側所以須有橫跨的內部油道或外部油道來連通這就使制動器的徑向和軸向尺寸加大布置也較難；而浮動鉗的外側無油缸可將制動器進一步移進輪轂；其次在嚴酷的使用條件下固定鉗容易使制動液溫度過高而汽化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。所以制動溫度可以比固定鉗低30～50度又采用浮動鉗可將活塞和油缸等精密件減去一半造價大為降低[21]。
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。
浮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，可以將制動器進一步移近輪轂，同一組制動塊可兼用于行車和駐車制動，在兼用于行車和駐車制動的情況下不需要加設駐車制動鉗，只需要在行車制動鉗液壓缸的附近加裝一些用于推動液壓缸活塞的駐車制動機械傳動零件即可。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側受車輪遮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用固定鉗時低30℃～50℃氣化的可能性較小。但由于制動鉗體是浮動的必須設法減少滑動處或擺動中心處的摩擦、磨損和噪聲[22]。
2.3 盤式制動器的結構與工作原理
本次設計的轎車參考別克君威GS2.0T前輪盤式制動器它采用單缸浮動鉗式結構(圖2.4)制動器由制動盤、制動鉗、車輪軸承及制動摩擦罩盤組成。浮鉗盤式制動鉗的工作原理：如圖2.4和2.5所示：制動鉗殼體2用螺栓5與支架1相連接,螺栓5兼作導向銷。支架1固定在前懸架焊接總成(亦稱車輪軸承殼體)，法蘭板上殼體2可沿導向銷與支架作軸向相對移動。支架固定在車軸上，摩擦塊11和12布置在制動盤13的兩側。制動分泵設在制動鉗內。制動時，制動鉗內油缸活塞8在液壓力作用下推動內摩擦塊12壓靠到制動盤內側表面作用于分泵底部的液壓力使制動鉗殼體在導向銷上移動推動外摩擦塊11壓向制動盤的外側表面。內、外摩擦塊在液壓作用下將制動盤的兩側面緊緊夾住。由于制動盤是緊固在前輪轂上的因此實現(xiàn)了前輪的制動。
前制動器的制動間隙是自動調節(jié)的。它是利用分泵活塞密封圈4的彈性變形來實現(xiàn)的。制動時橡膠密封圈變形制動一結束，密封圈恢復原狀，活塞在彈性作用下回到原位。在制動盤和內、外摩擦塊磨損后引起制動間隙變大超過活塞8的設定行程時，活塞在制動液壓力作用下，克服密封圈的摩擦阻力繼續(xù)向前移，直到完全制動為止?；钊兔芊馊χg的相對位移補償了過量的間隙制動間隙，一般單邊為0.05-0.15 mm。內、外摩擦塊的材料采用非石棉半金屬材料與鋼板牢牢粘在一起制成的[23]。
圖2.4 別克君威GS2.0T型轎車浮鉗盤式制動器
1-支架 2-制動鉗殼體 3-活塞防塵罩 4-活塞密封圈 5-螺栓
6-導套 7-導向防塵罩 8-活塞 9-止動彈簧 10-放氣螺栓
11-外摩擦塊 12-內摩擦塊 13-制動盤
圖2.5 浮鉗盤式制動器的作用原理
2.4 制動器設計的一般原則
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。任何一套制動裝置都是由制動器和制動驅動機構兩部分組成[24]。
為了使汽車制動性能更好的符合使用要求設計制動器時應全面考慮以下問題。
2.4.1 制動效能
制動器在單位輸入壓力或力作用下所輸出的力或力矩稱為制動器效能。常用一種稱為制動器效能因素的無因次指標進行評價。制動器效能因素定義為在制動鼓或盤的作用半徑上所得到的摩擦力與輸入力之比。
就鉗盤式制動器而言如圖2.6所示兩側制動塊尺寸對制動盤壓緊力F0制動盤之間兩個作用半徑上所受摩擦力為此外f為制動襯塊與制動盤之間的摩擦系數(shù)。所以鉗盤式制動器效能因素為：
(2.1)
式中k----制動器效能因素
Mu---制動力矩
F0----輸入力
顯然有n個旋轉制動盤的多片全盤效能因數(shù)為
2.4.2 制動效能穩(wěn)定性
制動效能穩(wěn)定性取決于其效能因數(shù)k對摩擦系數(shù)f的敏感性（dk/df）。而f是一個不穩(wěn)定因數(shù)。影響摩擦系數(shù)的因數(shù)除摩擦副材料外主要是摩擦副表面溫度和水濕程度其中經常起作用的是溫度因而制動器熱穩(wěn)定性尤為重要。從上面分析可知盤式制動器效能穩(wěn)定。
所以應效能因數(shù)k對f敏感性低的制動型式還要摩擦材料有好的抗衰退性和恢復性還應使制動盤（鼓）有足夠的熱容量及散熱能力。
2.4.3 制動間隙調整簡便性
制動間隙調整是汽車保養(yǎng)中較頻繁的作業(yè)之一所以選擇調整裝置的結構形式和安裝位置須簡便所以最好用自動調整裝置。
2.4.4 制動器的尺寸及質量
隨著車速的提高行車穩(wěn)定性就很重要這就導致了輪胎尺寸要小為保證足夠制動力矩往往制動器難以以在輪轂內安裝這就要求設計若在小型化輕量化的前提下通過精心設計達到所需制動力矩。
F0
F0
Ff
圖2.6制動塊受力分析
2.4.5 噪音的減輕
制動噪聲大致分為兩種低頻（1 Hz以下）和高頻（1-11 kHz）。低頻主要是制動盤或鼓共振所導致[25]。
摩擦材料的摩擦特征性是主要影響因素輸入壓力溫度也有影響。在制動器設計中可用某些結構消除特別是低頻噪聲不過應注意到這些措施有可能導致制動力矩下降和踏板行程損失加大等副作用[26]。
制動器設計
第三章 制動器設計
3.1設計參數(shù)
本次設計的原始參數(shù)參考于別克君威GS2.0T型轎車。
整車質量： 空載：1650 kg
滿載：2025 kg
質心位置： 空載：a=L1=1094.8 mm b=L2=1642.2 mm
滿載：a=L1=1231.65 mm b=L2=1505.35 mm
質心高度： 空載：hg=600 mm
滿載：hg=550 mm
軸 距： L=2737 mm
輪 距： 輪 距 1585/1587 mm（前/后）
最高車速： 180 km/h
車輪工作半徑：390 mm
輪轂尺寸： R17 97V
輪轂直徑： 431.8 mm
輪缸直徑： 54 mm
輪 胎： 225/55
3.2 盤式制動器主要元件
3.2.1 制動盤
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側。
按輪轂結構分類制動盤有兩種常用型式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結構中輪轂與制動盤的其余部分鑄成單體件。
另一種型式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。
畢業(yè)設計（論文）
本設計采用的是第二種型式。
制動盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，鉗盤式制動器用禮帽形結構其圓柱部分長度取決與布置尺寸為了改善冷卻有的鉗盤式制動器的制動盤鑄成中間有徑向通風槽的雙層盤可大大增加散熱面積但盤的整體厚度較大由于此次設計的車型屬于中級轎車所以設計時選擇帶有通風口制動盤式設計方案。
制動盤用添加CrNi等的合金鑄鐵制成。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[27]。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％但盤的整體厚度較厚。而一般不帶通風槽的轎車制動盤其厚度約在l0 mm～13 mm之間。本次設計采用的材料為HT250。
制動盤的工作表面應光潔平整制造時應嚴格控制表面的跳動量兩側表面的平行度（厚度差）及制動盤的不平衡量。根據(jù)有關文獻規(guī)定：制動盤兩側表面不平行度不應大于0.08 mm，盤的表面擺差不應大于0.1 mm；制動盤表面粗糙度不應大于0.06 mm。
(1) 制動盤直徑D
制動盤直徑D希望盡量大些這時制動盤的有效半徑得以增大就可以降低制動鉗的夾緊力降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動盤直徑D受輪毅直徑的限制通常制動盤的直徑D選擇為輪毅直徑的70%～79%，總質量大于2 t的車輛應取其上限。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。輪輞直徑為17英寸又因為M=2025 kg。
在本設計中，制動盤直徑為：D =70%～79%Dr=0.79 17 25.4=301～341.122 mm
取D=340 mm根據(jù)尺寸所作三維圖如圖3.1所示。
圖3.1 制動盤
(2) 制動盤厚度h
制動盤厚度h直接影響著制動盤質量和工作時的溫升。為使質量不致太大制動盤厚度應取得適當小些;為了降低制動工作時的溫升制動盤厚度又不宜過小。制動盤可以制成實心的而為了通風散熱可以在制動盤的兩工作面之間鑄出通風孔道。通風的制動盤在兩個制動表面之間鑄有冷卻葉片[28]。這種結構使制動盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉動時盤內扇形葉片的選擇了空氣循環(huán)有效的冷卻制動。通常實心制動盤厚度為l0 mm～ 20 mm具有通風孔道的制動盤厚度取為20 mm～50 mm但多采用20mm～30mm。
在本設計中選用通風制動盤式制動盤h取22 mm。
圖形如如圖3.2所示
圖3.2 制動盤
(3) 摩擦襯塊外半徑R2與內半徑R1
推薦摩擦襯塊外半徑R2與內半徑R1的比值不大于1.5。若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將導致制動力矩變化大。
在本設計中取外半徑為R2=165 mm ，則內半徑R1=110 mm。
(4) 內通軸直徑
初選為65 mm
(5) 摩擦襯塊工作面積A
摩擦襯塊單位面積占有的車輛質量在1.6 kg/～3.5 kg/范圍內選取故摩擦襯塊的工作面積為72.32
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