轿车盘式制动器设计.doc
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广东工业大学
华立学院
本科毕业设计（论文）
AT89S51单片机温度控制系统设计
系部机械电气学部
专业电气工程及其自动化
班级07电气工程1班
学号12030701030
学生姓名张志维
指导教师陈黄飞
2011年6月
目录
中文摘要 1
英文摘要 2
前言 3
1.汽车制动系概述与制动器的分类和特点 4
1.1制动系总成 4
1.2设计制动系时应满足主要要求 4
1.3制动器作用与分类 5
1.3.1制动器作用 5
1.3.2制动器的分类 5
1.4盘式制动器的特点 7
1.4.1盘式制动器优点 7
1.4.2盘式制动器缺点 7
2.制动性能分析 8
2.1制动性能评价指标 8
2.2制动效能 8
2.3制动效能的恒定性 8
2.4制动时汽车的方向稳定性 8
3.滑盘式制动器的设计计算 10
3.1滑动钳式制动器参数确定 10
3.2制动器的计算 11
3.3衬块磨损特性计算 14
3.4制动驱动机构的设计 15
4.制动器零件设计及工艺分析 17
4.1制动器零件设计 17
4.1.1滑动钳体 17
4.1.2固定支架 17
4.1.3制动盘 17
4.1.4制动块 17
4.1.5活塞 18
4.1.6制动系中的密封问题 18
4.2工艺分析 18
4.2.1主要零件的材料，工艺要成及其它 18
4.2.2固定支架 18
4.2.3制动盘 18
4.2.4活塞 19
4.2.5制动衬块 19
4.2.6摩擦衬片与背板的粘接工艺 19
4.3对结构工艺性的评价 20
4.4典型零件的加工工艺过程分析 21
5总结 22
参考文献 23
致谢 24
摘要
汽车的制动系使汽车在行驶过程中自如地进行减速行驶直至停车；在下长坡行驶时，使汽车保持合适的车速；并且可使汽车可靠地停在原地或停驻在坡路上。
对汽车的本身的发展起到决定性作用，制动系的制动效果也将是给汽车安全性的决定性因素，前轮先抱死汽车将失去转向能力，即汽车不按原来的弯道行驶沿弯道切线方向驶出；直线行驶情况时，即便转动转向盘，汽车仍沿直线行驶。
后轮抱死，将会发生后轴侧滑的现象，严重侧滑有可能使汽车发生掉头现象。
前轮抱死或后轮抱死是发生交通事故的重要因素之一，最理想的状况是防止任何车轮抱死，前后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。
制动效能、制动效能的恒定性以及制动时汽车的方向稳定性是评价汽车制动效能的三个指标，并可分析各种影响因素。
也是对制动器分析的一个重要过程。
制动器分为盘式和鼓式制动器两种，盘式包括钳盘式和全盘式两类，本次设计的是滑动钳盘式制动器。
为了防止汽车跑偏，往往前轮采用盘式是制动器。
同时盘式制动器有良好的热稳定性、水稳定性、制动力矩与汽车运动方向无关等优点。
关键词：
钳盘式；全盘式；鼓式；汽车制动；
Abstract
Vehiclebrakesystemmakethecarslowdownduringtheprocessofcomfortable,eventostop;thenextdrivewhenthelongslope,sothatavehicletomaintainsuitablespeed;anditcanreliablystopinplaceorbebrokenontheslope.Theaffectionofbrakingsystemhasplayedanimportantroleinthedevelopmentoftheautomobile.whenthefront-wheelisfirstHugging,thecarwilllosesteeringcapabilities,whichthecardonotfollowtheoriginalcurve，andtravelingalongthetangentofthecurve. Whenhercartravelalongastraightline,eventhoughturningthesteeringwheel,thecarisstilltravelingalongastraightline.Huggingtherearwheels,rearslidingaxlephenomenonwilloccur.Whileitisexcess,thevehiclepossibleturnaround.FrontorrearwheelHuggingisanimportantfactoroftrafficaccidents.Themostidealofsituationistopreventanywheelhugging,frontandrearwheelsareinarollingstate,sothatyoucanensurethestabilityduringbraking.
Affectionbraked,constancyofbrakingaffectionaswellastheconstantdirectionofthevehiclearethreeindicatorsofbrakesystem.Itisalsoanimportantprocessfortheanalysisofbrakesystem.Typesofdiscdividedintodiscbrakeanddrumbrake.Discbrakeincludescaliperdiscandholistic.Thedesignistheslidingcaliperbrake
Keyword:
caliperdisc;overalltype;drum;braking
前言
汽车的设计与生产涉及到许多领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。
汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。
随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能.长寿命的制动系统。
其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响，如果此系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。
鉴于制动系统的重要性，本次设计的主要内容就是车辆中的制动器，目前广泛使用的是摩擦式制动器，摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分成鼓式、盘式和带式三种。
其中盘式制动器较为广泛。
盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。
其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器；摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。
现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛，仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器，以及全盘式制动器。
定钳盘式为制动钳固定在制动盘两侧，且在其两侧均设有加压机构。
浮钳盘式制动器仅在制动盘一侧设有加压机构的制动钳，借其本身的浮动，而在制动盘的另一侧产生压紧力。
又分为制动钳可相对于制动钳可相对于制动盘轴向滑动钳盘式制动器；与制动钳可在垂直于制动盘的平面内摆动的摆动钳盘式制动器。
由于本人水平有限，设计中错误和不妥之处在所难免，恳请批评指正。
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1.汽车制动系概述与制动器的分类和特点
使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已经停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。
1.1制动系总成
对汽车起到制动作用的是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的外力。
作用在行驶汽车上的滚动阻力，上坡阻力，空气阻力都能对汽车起制动作用，但这外力的大小是随机的，不可控制的。
因此，汽车上必须设一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界在汽车上某些部分施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。
这种可控制的对汽车进行制动的外力，统称为制动力。
这样的一系列专门装置即成为制动系。
制动系的功用：
使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠的停在原地或停驻在坡道上。
任何制动系都具有以下三个基本组成部分：
供能装置、控制装置、传动装置。
制动器较为完善的制动系还具有制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等附加装置。
制动系的类型按制动系的功用分类：
行车制动系、驻车制动系、第二制动系、辅助制动系。
按制动系的制动能源分类：
人力制动系、动力制动系、伺服制动系。
按照制动能量的传输方式，制动系又可分为机械式、液压式、气压式和电磁等。
同时采用两种以上传能方式的制动系，可称为组合式制动系。
1.2设计制动系时应满足主要要求
1制动效能，即制动距离与之动减速度。
2.制动效能的恒定性，即抗热衰退性。
3.制动时汽车的方向稳定性，即制动使汽车不发生偏跑、侧滑以及失去转向能力的性能。
制动稳定性要求：
是指制动过程中机动车的任何部位（不计入车宽的部位除外）不允许超出规定宽度的试验通道的边缘线。
为了保证汽车制动的可靠性，行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车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，而驱动机构则各自独立。
为了保证制动系的应用应防止水和泥进入制动器工作表面；保证操作轻便，并具有良好的随动性；并且制动时，制动系产生的噪声应尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害；作用滞后性应尽可能好。
作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价；摩擦片应有足够的使用寿命；保证摩擦副磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构；系统中应设有报警装置。
防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用。
此外，由于含有石棉的摩擦材料在石棉有致癌公害问题已被淘汰，取而代之的各种无石棉型材料相继研制成功。
1.3制动器作用与分类
1.3.1制动器作用
制动器就是刹车。
是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。
俗称刹车、闸。
制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。
有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。
为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备（如矿井提升机、电梯等）则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。
有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。
制动器是制动系中心结构。
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，为了汽车行驶的安全性，汽车的制动器的工作可靠性显得越来越重要。
也只有制动性能良好、制动器工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。
1.3.2制动器的分类
制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。
电磁式制动器只在一些质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器；液力式制动器一本只用作缓冲器。
现在摩擦式制动器广泛被使用。
图1-1制动器分类
Figure1-1brakeclassification
摩擦式制动器主要分鼓式，盘式和带式。
鼓式制动器只用在中央制动器，鼓式制动器主要包括领从蹄式、单向双领从蹄式、双向双领从蹄式，双从蹄式、单向增力式和双向增力式。
每种蹄式制动器主要是蹄片固定支点的数量和位置不同；张开装置的形式与数量不同；制动时两块蹄片间有无相互作用。
鼓式制动器通常装置在后轮。
图1-2钳盘式制动器
Figure1-2caliperdiscbrake
盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两类。
钳盘式制动器的制动衬块与制动盘接触面积小，在盘上所占中心角一般为30～50度左右，因此有称为点盘式制动器。
钳盘是制动器又有固定钳式图1-1a、滑动钳式图1-1b和摆动钳式制动器图1-1c；全盘式制动器摩擦副的旋转原件均为圆盘形，制动的时候各摩擦面全部接触，作用原理与离合器相同，又称离合器式制动器。
盘式制动器的制动盘有两个主要部分：
轮毂和制动表面。
轮毂是安装车轮的部位，内装有轴承。
制动表面是制动盘两侧的加工表面。
它被加工得很仔细，为制动摩擦块提供摩擦接触面。
整个制动盘一般由铸铁铸成。
铸铁能提供优良的摩擦面。
制动盘装车轮的一侧称为外侧，另一侧朝向车轮中心，称为内侧。
制动盘制动表面的大小由盘的直径决定。
大型车需要较多制动功能，它的制动直径达12in或者更大些。
较小较轻的车用较小的制动盘。
通常，制造商在保持有效的制动性能的情况下，尽可能将零件做的小些、轻些。
另一种型式轮毂与盘侧制成两个独立件。
轮毂用轴承装到车轴上。
车论凸耳螺栓通过轮毂，再通过制动盘毂法兰配装。
这种型式制动盘称为无毂制动盘。
这种型式的优点是制动盘便宜些。
制动面磨损超过加工极限时能很容易更换。
制动盘可能是整体式的或者通风的。
通风的制动盘在两个制动表面之间铸有冷却叶片。
这种结构使制动盘铸件显著的增加了冷却面积。
车轮转动时，盘内扇形叶片的旋转增加了空气循环，有效的冷却制动。
1.4盘式制动器的特点
1.4.1盘式制动器优点
热稳定性好。
原因是一般无自行增力作用。
衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。
此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退。
制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题。
因此，前轮采用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏。
水稳定性好。
制动块对盘的单位压力高，易将水挤出，因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一，二次制动即能恢复正常。
鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。
制动力矩与汽车运动方向无关。
易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。
尺寸小，质量小，散热良好。
压力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块上磨损也均匀。
更换制动块简单容易。
衬块与制动盘之间的间隙小（0.05~0.15mm），从而缩短了制动协调时间。
易实现间隙自动调整。
1.4.2盘式制动器缺点
盘式制动器的主要缺点是：
难以实现完全防尘和锈蚀（封闭的多片式全盘式制动器除外）。
兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。
在制动驱动机构中必须装用助力器。
因为衬块工作面积小，所以磨损快，寿命低，需用高材质的衬块。
2.制动性能分析
任何一套制动装置都是由制动器和制动驱动机构两部分组成。
汽车的制动性是指汽车在行驶中能利用外力强制地降低车速至停车或下长坡时能维持一定车速的能力。
2.1制动性能评价指标
汽车制动性能主要由以下三个方面来评价：
1）制动效能，即制动距离和制动减速度；
2）制动效能的稳定性，即抗衰退性能；
3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力的性能。
2.2制动效能
制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。
制动效能是制动性能中最基本的评价指标。
制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好。
2.3制动效能的恒定性
制动效能的恒定性主要指的是抗热衰性能。
汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。
因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。
2.4制动时汽车的方向稳定性
制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车给定路径行驶的能力来评价。
若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力。
则汽车将偏离原来的路径。
制动过程中汽车维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。
影响方向稳定性的包括制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力三种情况。
制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，汽车将偏离给定的行驶路径。
因此，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价汽车制动时的方向稳定性，对制动距离和制动减速度两指标测试时都要求了其试验通道的宽度。
方向稳定性是从制动跑偏、侧滑以及失去转向能力等方面考验。
制动跑偏的原因有两个
1）汽车左右车轮，特别是转向轴左右车轮制动器制动力不相等。
2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）
前者是由于制动调整误差造成的，是非系统的。
而后者是属于系统性误差。
侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。
最危险的情况是在高速制动时后轴发生侧滑。
防止后轴发生侧滑应使前后轴同时抱死或前轴先抱死后轴始终不抱死。
3.滑盘式制动器的设计计算
3.1滑动钳式制动器参数确定
L—汽车的轴距L=2650mm
a—满载时质心距前轴距离a=1380mm
b—满载时质心据后轴距离b=1230mm
hg—满载是质心的高度hg=550mm
m--汽车整车整备质量m=1330kg
m--空载时的汽车质量m=1750kg
轮胎与轮辋尺寸确定
轮辋尺寸规则为156jj，则轮辋的名义直径为381mm。
轮胎的类型P195/65R1591H
轮胎宽度×扁平率=胎壁高度然后胎壁高度×2（因为胎壁有上下两部分）
（轮胎高度+轮辋名义直径）/2=轮胎高度
车轮的有效半径为R=323mm
选择中级轿车为设计对象，由汽车设计手册得制动盘直径D通常为选择为轮辋直径的70%～79%，本设计选择77%，所以制动盘直径D=293mm
制动盘的厚度h对制动盘质量和工作温度都有影响。
为使质量小些，制动盘的厚度不宜取得很大；为了渐少温升，制动盘的厚度有不宜取得太小。
制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风需要在制动盘间铸出通风孔道。
实心通常直径为10～20mm，本设计选择h=16mm。
由摩擦衬块外半径与内半径的比值不大于1.5。
所以取=90mm、=120mm。
如果比值过大工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差很多，摩擦不均匀，接触面积减小，最后将导致制动力矩变化大。
在确定盘式制动器制动衬块工作面积A时，根据制动衬块单位面积占有的汽车的质量，在1.6～3.5kg/cm，所以取A=60cm。
车型——中级轿车。
3.2制动器的计算
动力矩计算：
假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，各处的单位压力分布均匀，则制动器制动力矩为（3-1）
制动器因数定义为在制动鼓或制动盘上的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即
（3-2）
由汽车设计手册图17-15取=0.5。
轮缸直径d及制动管路的压力有设计手册得：
轮缸直径由标准尺寸系列中选取d=25mm
压力管的压力一般不超过10～12MPa，盘式可更高，取p=12MPa。
摩擦衬块其径向宽度不太大，取R等于平均半径R
平均半径（3-3）
制动盘单侧压紧力的确定，即制动轮缸对制动衬块的压紧力。
则单侧压紧力为（3-4）
制动器的制动力矩为（3-5）
选轮胎与地面间的附着系数=0.7。
此时为前后轮都抱死，此时（3-6）
前轴车轮的法向作用力（3-7）
后轮车轮的法向作用力（3-8）
汽车总的地面制动力为（3-9）
前轴车轮的制动力（3-10）
后轴车轮的制动力
当前、后轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后制动器制动力分别等于各自的附着力，也是前、后同时抱死的条件。
目前，大多数两轴汽车的前、后制动力之比值为一定值，并以前制动器制动力F与汽车总制动器F之比来表明分配的比例，称为汽车制动器制动力分配系数：
（3-11）
同步附着系数是由汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数。
由（3-12）
整理，得（3-13）
带入数据得（3-14）
同步系数说明，前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在同步系数路面上制动时才能使前、后车轮同时抱死。
合理地确定前、后轮制动器的制动力矩，能保证汽车良好的制动效能和稳定性。
最大制动力是在汽车附着质量完全被利用的条件下获得的，这时制动力与地面作用于车轮的法向力Z、Z成正比，也与前后轮制动力矩的比值相同。
得：
（3-15）
通常轿车上式的比值约为1.3～1.6之间。
制动器所能产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，前后轮的制动力矩为
前轮N·M（3-16）
后轮N·M
对于常遇的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步系数值的汽车，为了保证在>的良好路面上能够制动到后轴和前轴先抱死滑移，前后轮制动器所能产生的最大制动力矩为
前轮（3-17）
后轮（3-18）
对于选择取较大值的汽车，则应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。
当>时，相应的极限制动强度q<,故需要的后轴和前轴的最大制动力矩为
后轮（3-19）
前轮（3-20）
应急制动时，后轮一般都将抱死滑移
故后桥制动力为（3-21）
此时所需的后桥制动力矩为
（3-22）
为路面对后桥的法向反力。
后轮制动器为应急制动器，则单个车轮制动器的应急制动力矩为
/2。
汽车可能停驻的极限上坡路倾角，可根据后桥上的附着力与制动力相等的条件求得，即
（3-23）
得到
（3-24）
是保证汽车上坡行驶时的纵向稳定性的极限坡路倾角。
同理，
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