汽车设计课程设计盘式制动器.docx

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汽车设计课程设计盘式制动器

汽车设计计算说明书

汽车设计课程设计

前轮制动器部分设计

说明书

学号：

姓名：

指导老师：

成绩：

教师寄语：

一、轿车主要性能参数-------------------------4

二、制动器形式的-----------------------------5

三、盘式制动器主要参数的确定-----------------7

四、盘式制动器制动力矩的设计计算-------------9

五、盘式制动器制器的校核计算----------------10

1.前轮制动器制动力矩的校核计算

2. 摩擦衬片的磨损特性计算

六、经过计算最终确定后轮制动器的参数--------13

七、设计小结--------------------------------13

八、设计参考资料----------------------------13

2

轿车前轮制动器设计说明书前言

汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶

的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地（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，汽车制动系的工作可靠性显得日

益重要。

也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分

发挥其动力性能。

本次课程设计根据任务要求只进行轿车前轮制动

器的设计，后轮部分由同组同学钟恩伟完成。

3

一、 轿车主要性能参数

主要尺寸和参数：

（1）、轴距：

L=3.05m

（2）、总质量：

M=2200kg

（3）、质心高度：

1.0m

（4）、前轴负荷率：

35%；即质心到前后轴距离分别为

𝐿1 = 𝐿 ∙ （1 ‒ 35%） = 1.9825𝑚

𝐿2 = 𝐿 ∙ 35% = 1.0675𝑚

（5）、轮胎参数：

225/60R16；即轮胎的名义断面宽度为 225mm，

高宽比为 60%，轮辋直径为 16 英寸（406.4mm）则轮胎有效半径

𝑟𝑒为：

轮胎有效半径=轮辋半径+（名义断面宽度×高宽比）

所以轮胎有效半径re = （

406.4

（6）、制动性能要求：

初速度为 50KM/h 时，制动距离为 15m。

则

满足制动性能要求的制动减速度由：

1

𝜏2

2

𝜇02

𝑎𝑏𝑚𝑎𝑥计算最大减速度

𝑎𝑏𝑚𝑎𝑥，其中

𝜇0 = Ｕ0 = 50𝐾𝑚/ℎ = 13.89𝑚/𝑠；

‘“

最大减速度 𝑎𝑏𝑚𝑎𝑥 ≈ 6.61𝑚 𝑠

2

4

二、 制动器形式的选择

摩擦式制动器按其旋转元件的形状又可分为鼓式和盘式两大类。

因为盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的

制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制

动块。

当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制

动盘上的摩擦力矩。

盘式制动器常用作轿车的车轮制动器。

而且轿

车质量较小，制动力矩较小，这里选择盘式制动器为前轮制动器。

盘式制动器按摩擦副中的固定摩擦元件的结构，分为钳盘式和

全盘式制动器两大类。

一般轿车上大多数采用钳盘式制动器，这里

也选用钳盘式制动器。

钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块，

后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。

两块制动块

之间有作为旋转元件的制动盘，制动盘是用螺栓固定于轮毂上。

制

动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小，在盘上所占的中心角一

般仅约30°～50°，因此这种盘式制动器又称为点盘式制动器。

其

结构较简单，质量小，散热性较好，借助于制动盘的离心力作用易

于将泥水、污物等甩掉，维修也方便。

钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为以下几种：

（1）固定钳式盘式制动器

（2）滑动钳式盘式制动器

（3）摆动钳式盘式制动器

5

因为滑动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，

造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮

毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。

滑动钳由于没有跨越

制动盘的油道或油管，减少了受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，

受车轮遮蔽较少使冷却条件较好，另外，单侧油缸的活塞比两侧油

缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动液温度比用固

定钳时低30℃～50℃，气化的可能性较小。

所以这里所设计的制动

器形式选用：

滑动钳式盘式制动器

6

三, 盘式制动器主要参数的确定

1. 制动盘直径 D

制动盘直径 D 希望尽可能大，这时制动盘的有效半径得以增大，

就可以降低制动钳的夹紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。

但制动盘直径 D 受轮辋直径的限制。

通常，制动盘的直径 D 选择为

轮辋直径的 70%~79%，而总质量大于 2t 的汽车应取其上限。

该乘用车的轮辋直径为 16 英寸（406.4mm），且总质量：

M=2200kg

所以制动盘直径取 D=320mm。

2.制动盘的厚度 h

制动盘厚度 h 直接影响着制动盘质量和工作时的温升。

为使质量

不至于太大，制动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的

温升，制动盘厚度又不能过小。

制动盘可以制成 实心的，而为了通

风散热，又可以在制动盘工作面之间铸出通风孔道。

这里选用通风式制动盘，制动盘厚度取 h=25mm。

3.摩擦衬块内半径𝑅1和外半径𝑅2

推荐摩擦衬块的外半径𝑅2与内半径𝑅1的比值不大于 1.5。

若此值偏

大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，其磨损就会

不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。

这里取外半径𝑅2 = 160𝑚𝑚；内半径𝑅1 = 120𝑚𝑚

4.制动衬块工作面积 A

22

围内选取。

乘用车的总质量：

M=2200kg，前轮的载重为：

7

𝑀1 = 770𝑘𝑔，

则

770

3.5 × 4

cm2 < AA <

770

1.6 × 4

cm2

2

5.制动驱动机构的对制动盘的压紧力 N

采用液压驱动的活塞式机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方

便。

其制动压力由以下关系确定。

制动缸对制动盘施加的压紧力 N

与轮缸直径 d、制动管路压强 P 的关系为

4

，根据制动管路压

强一般在 10MPa~20Mpa 内选取 P=15Mpa，根据国标 HG2865——

1977 标准，选择制动缸直径𝑑=45mm，则制动盘的压紧力

N=23800N。

6. 摩擦片摩擦系数 f

选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要

好，受温度和压力的影响要小。

本盘式制动器采用粉末冶金摩擦材

料是以铜粉或铁粉为主要成分（占质量的 60％～80％），加上石墨、

陶瓷粉等非金属粉末作为摩擦系数调整剂，用粉末冶金方法制成。

其抗热衰退和抗水衰退性能好，适用于高性能轿车。

该摩擦材料的

摩擦系数的稳定值约为 0.3～0.5。

在假设的理想条件下计算制动器

的制动力矩，使计算结果接近实际可取：

f=0.3。

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四,盘式制动器制动力矩的设计计算

盘式制动器的计算用简图如图所示，今假设衬块的摩擦表面与制动

盘接触良好，且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力

矩为

对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，制动盘上的制

动力矩用𝑇𝑓 = 2𝑓𝑁𝑅计算。

R=0.5（R1+R2）=140mm

9

Tf=2Fnr=2*0.3*23800*0.14=1999.2N·m

故所设计的前轴制动器制动力矩为 2Tf=2*1999.2=3998.4 N·m

五,盘式制动器制器的校核计算

1.前轮制动器制动力矩的校核计算

（1）、确定同步附着系数

随着道路条件的改善和汽车速度的提高，由于制动时后轮先抱死引

起汽车甩尾甚至掉头所造成的车祸日益增多。

𝜑0值宜取大些。

根据

设计经念，取𝜑0 = 0.60

（2）、制动力分配系数的确定

此乘用车根据确定的同步附着系数得到的制动力分配系数𝛽为：

𝛽 =𝐹𝜇1

𝐿

式中𝐹𝜇1为前制动器制动力；𝐹𝜇2为后制动器制动力。

同步附着系数

𝜑0 = 0.6；质心高度ℎ𝑔 = 1.0m；轴距 L=3.05m；后轴到质心的距离

b=1.0675m 计算得

10

𝛽 = 0.6 × 1 + 1.0675

（3）、前制动力矩的确定

为了保证汽车有良好的制动效能，能合理地确定前、后轮制动器的

制动力矩。

先计算出前、后制动力矩的比值，即

𝑀𝜇1

𝐿1 ‒ 𝜑0ℎ𝑔 =

1.0675 + 0.6 × 1

1.9825 ‒ 0.6 × 1 = 1.2

根据汽车满载在沥青、混泥土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计

算出前轮制动器的力矩𝑀𝜇1

𝐺

𝑟𝑒 = 338𝑚𝑚=0.338m

所以后轮制动器的力矩为

𝑀𝜇1

其中 𝑟𝑒为车轮有效半径，

= 𝐺

𝐿

22000

（𝐿2 + 𝜑0ℎ𝑔）𝜑 𝑟𝑒 = 3.05 （1.0675 + 0.6 × 1） ×

≈ 2846𝑁 ∙ 𝑚

则每个前轮制动器的制动力矩为

𝑀𝜇1

2 = 1423𝑁 ∙ 𝑚

所设计的前轮盘式制动器能产生的制动力矩为Tf = 1999.2N ∙ 𝑚

故所设计的盘式制动器能满足要求。

经同组同学计算后轮制动力矩也符合要求。

2. 摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算

摩擦衬片（衬块）的磨损，与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、

压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算

磨损性能是困难的。

但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系

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数和表面状态等是影响磨损的重要因素。

汽车的制动过程是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量

而耗散的过程。

在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承

担了耗散汽车全部动力的任务。

此时由于在短时间内热量来不及逸

散到大气中，致使制动器温度升高。

此即所谓制动器的能量负荷。

能量负荷愈大，则衬片（衬块）的磨损愈严重。

制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。

比能量

耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位

2

况计算所涉及轿车的单个前轮制动器的比能量耗散率𝑒2

𝑒1 = 𝛿𝑀（𝑣4𝑡𝐴𝛽𝑡 =

𝑣1 ‒ 𝑣2

𝑎𝑏𝑚𝑎𝑥

其中𝛿 = 1；

𝑣1 = 50km/h=13.89m/s；𝑣2 = 0；𝛽 = 0.55；M=2200Kg；A=100𝑐𝑚2

2

4𝑡𝐴𝛽 ≈ 2.78W／mm2

根据有关文献，在制动时轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于

2

12

六,经过计算最终确定前轮制动器的参数如下

 、前轮制动器采用液压驱动滑动钳式盘式制动器

②、制动盘直径 D=320mm

③、制动盘厚度取 h=25mm。

④、摩擦衬片外半径𝑅2 = 160𝑚𝑚；内半径𝑅1 = 110𝑚𝑚

⑤、 、制动衬块工作面积 A=100𝑐𝑚

2

七,设计小结

汽车设计是我们的专业基础课，通过一学期的学习和掌握，对

汽车设计有了一定的了解。

通过这次设计了解到了理论上和实际上

的差异。

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设计计算时必须仔细认真，多方面查阅资料。

确定参数时必须

根据实际情况来定，不一定要与理论吻合的非常好。

这次课程设计

历时两周，一周用于设计计算，一周用于软件制图。

设计成果为一

份设计说明书和一张装配图。

八,设计参考资料

[1] 王望予.汽车设计.第四版

[2] 陈家瑞.汽车构造

[3] 王霄峰.汽车底盘设计

[4] 刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算

[5] 余志生．汽车理论[M]．北京：

机械工业出版社，2004.

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