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1、-
原始數(shù)據(jù):
整車質(zhì)量：空載：1550kg；滿載：2000kg
質(zhì)心位置：a=L1=1.35m；b=L2=1.25m
質(zhì)心高度：空載：hg=0.95m；滿載：hg=0.85m
軸距：L=2.6m
輪距: L=1.8m
最高車速：160km/h
車輪工作半徑：370mm
輪轂直徑：140mm
輪缸直徑：54mm
輪胎：195/60R14 85H
1.同步附著系數(shù)的分析
(1)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
(2)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一
2、種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。
分析說(shuō)明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，到達(dá)前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度,這說(shuō)明只有在的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
根據(jù)相關(guān)資料查出轎車0.6，故取.
同步附著系數(shù)：0.6
2.確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù)
常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)力之比來(lái)說(shuō)明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用表示，即：，
式中，：前制動(dòng)器制動(dòng)力；：后制動(dòng)器制動(dòng)力；：制動(dòng)器總制動(dòng)力。
由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配系數(shù)可由下式得到：根據(jù)公式：
得：
3.制
3、動(dòng)器制動(dòng)力矩確實(shí)定
為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，要求合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。
根據(jù)汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動(dòng)到前輪抱死拖滑，計(jì)算出后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩
由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：
式中：：該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
q：制動(dòng)強(qiáng)度；
：車輪有效半徑；
：后軸最大制動(dòng)力矩；
G：汽車滿載質(zhì)量；
L：汽車軸距；
其中q===0.66
故后軸==1.57Nmm
后輪的制動(dòng)力矩為=0.785Nmm
前軸= T==0.67/(1-0.67)1.5
4、7=3.2Nmm
前輪的制動(dòng)力矩為3.2/2=1.6Nmm
2.浮鉗盤式制動(dòng)器主要構(gòu)造參數(shù)確實(shí)定
2.1制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤直徑D受輪毅直徑的限制通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇為輪毅直徑的70%~90%，總質(zhì)量大于2t的車輛應(yīng)取其上限。通常，制造商在保持有效的制動(dòng)性能的情況下，盡可能將零件做的小些，輕些。輪輞直徑為14英寸(1英寸=2.54cm)，又因?yàn)镸=2000kg，取其上限。
在本設(shè)計(jì)中：,取D=256mm。
2.2制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和
5、工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些;為了降低制開工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度又不宜過(guò)小。制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，可以在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通風(fēng)的制動(dòng)盤在兩個(gè)制動(dòng)外表之間鑄有冷卻葉片。這種構(gòu)造使制動(dòng)盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，盤扇形葉片的選擇了空氣循環(huán)，有效的冷卻制動(dòng)。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度為l0mm~20mm，具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤厚度取為20mm~ 50mm，但多采用20mm~30mm。
在本設(shè)計(jì)中選用通風(fēng)式制動(dòng)盤，h取20mm。
2.3摩擦襯塊外半徑R2與半徑R1
推薦摩擦襯塊外半徑R2與半徑R1的比值不大于1.5。假設(shè)比值偏大，
6、工作時(shí)襯塊的外緣與側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終將導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
在本設(shè)計(jì)中取外半徑R2=104mm，,則半徑R1=80mm。
2.4摩擦襯塊工作面積A
摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在1.6kg/～3.5kg/圍選取。汽車空載質(zhì)量為1550kg，前輪空載時(shí)地載荷為852.5kg，所以852.5/(3.5*4)
7、=104mm，半徑=80mm；制動(dòng)襯塊工作面積A=76cm2；活塞直徑=輪缸直徑=54mm
3.制動(dòng)效能分析
3.1制動(dòng)減速度
制動(dòng)系的作用效果，可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來(lái)評(píng)價(jià)。
假設(shè)汽車是在水平的，堅(jiān)硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)
式中——汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合。
==785+1600=2385Nm
=370mm=0.37m
m——汽車總重 m=2000kg
代入數(shù)據(jù)得=(785+1600)/0.37×2000=6.16m/s
轎車制動(dòng)減速度應(yīng)在5.8~7m/s,所以符合要求。
3.2制動(dòng)距離S
在勻減速度制動(dòng)時(shí)
8、，制動(dòng)距離S為
S=1/3.6〔t1+ t2/2〕V+ V2/254
式中，t1——消除制動(dòng)盤與襯塊間隙時(shí)間，取0.1s
t2——制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需時(shí)間,取0.2s
V=30km/h
故S=1/3.6〔0.1+ 0.2/2〕30+ 30/254×0.7=7.2m
轎車的最大制動(dòng)距離為：S=0.1V+V/150
S=0.130+30/150=9m
S
9、、壓力、摩擦系數(shù)和外表狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車的制動(dòng)過(guò)程，是將其機(jī)械能〔動(dòng)能、勢(shì)能〕的一局部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來(lái)不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片〔襯塊〕的磨損亦愈嚴(yán)重。
雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器的比能量耗散率為：
式中：：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，；
：汽車總質(zhì)量；
，：汽車制動(dòng)初速度與終速度〔/〕；計(jì)算時(shí)轎車取27.8/；
：制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算
：制動(dòng)減速度，，；
：前輪制動(dòng)器襯片的摩擦面
10、積；
=7600mm
：制動(dòng)力分配系數(shù)。
則=5.7
轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0，故符合要求。
假設(shè)摩擦襯片壓力與制動(dòng)盤面接觸良好，且各處單位壓力分布均勻，則在鉗盤式制動(dòng)器扇形摩擦襯面上任取一微小面積:dA = RdRdθ,在這微小面積上產(chǎn)生的微摩擦力矩為:dM=qRμdA=μqR2dRdθ,式中q為摩擦片與制動(dòng)盤之間的單位面積上的壓力，μ為摩擦片的摩擦系數(shù)，則單側(cè)摩擦片作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為可由下式積分求得:M'=μpR2dRdθ=θμpR2dR=μp(R23-R13)〔N.m〕
則盤式制動(dòng)器的總制動(dòng)力矩為：M=μq(R23-R13)
4.性能約束
(1)
11、制動(dòng)力矩約束：汽車制動(dòng)器制動(dòng)力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩，否則會(huì)發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象而產(chǎn)生側(cè)滑，從而失去穩(wěn)定性，即：MG
式中：：路面附著系數(shù)；
G：整車重量(N)；
：制動(dòng)力分配系數(shù)；
：車輪有效半徑。
(2)摩擦片壓力約束：摩擦片應(yīng)到達(dá)要求的耐磨性或使用壽命，對(duì)于摩擦片最大許用單位壓力[P]，一般按經(jīng)歷取值，因此，摩擦片單位面積壓力不得超過(guò)許用單位壓力[P]，即：
<[P]
(3)比能量耗散率約束：如果比能量耗散率過(guò)高，不僅會(huì)加快制動(dòng)摩擦片的磨損，而且可能引起制動(dòng)盤的龜裂，因此所施加的約束為：
[e]〔W/mm〕
式中：m：整車質(zhì)量(kg)；
[e]：盤式制動(dòng)器時(shí)，取6．0W
12、/mm；
T：為制動(dòng)時(shí)間。
(4)制動(dòng)盤一次制動(dòng)的溫升：
△T=GV2/254C1M1[△t]
式中M1：制動(dòng)盤的質(zhì)量(Kg)M1=,其中為制動(dòng)盤的密度7900㎏/m3
C1：制動(dòng)盤的熱容量J/(Kg·K)對(duì)鋼和鑄鐵取C=523J/(Kg.K);
V：制動(dòng)初速度(Km/h)取30Km/h
[△t]一次制動(dòng)最大允許溫升，一般不大于15℃即288.15K
(5)摩擦襯塊面積：由于摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在1.6kg/～-3.5kg/圍選取。汽車空載質(zhì)量為1550kg，前輪空載時(shí)地載荷為852.5kg，所以852.5/(3.5*4)
13、)，即60.89
14、向車輪中心，稱為側(cè)。
按輪轂構(gòu)造分類，制動(dòng)盤有兩種常用型式。帶轂的制動(dòng)盤有個(gè)整體式轂。在這種構(gòu)造中，輪轂與制動(dòng)盤的其余局部鑄成單體件。
另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個(gè)獨(dú)立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車論凸耳螺栓通過(guò)輪轂，再通過(guò)制動(dòng)盤轂法蘭配裝。這種型式制動(dòng)盤稱為無(wú)轂制動(dòng)盤。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)盤廉價(jià)些。制動(dòng)面磨損超過(guò)加工極限時(shí)能很容易更換。
本設(shè)計(jì)采用的是第二種型式。
制動(dòng)盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr，Ni等的合金鑄鐵制成。制動(dòng)盤在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤這樣可大增加散熱面
15、積，降低溫升約20％~30％，但盤的整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)槽的轎車制動(dòng)盤，其厚度約在l0m~13mm之間。本次設(shè)計(jì)采用的材料為HT250。
制動(dòng)盤的工作外表應(yīng)光潔平整，制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制外表的跳動(dòng)量，兩側(cè)外表的平行度〔厚度差〕及制動(dòng)盤的不平衡量。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定：制動(dòng)盤兩側(cè)外表不平行度不應(yīng)大于0.008mm,盤的外表擺差不應(yīng)大于0.1mm；制動(dòng)盤外表粗糙度不應(yīng)大于0.06mm。
制動(dòng)鉗
制動(dòng)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?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。
16、制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動(dòng)油缸。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動(dòng)塊的背板?；钊设T鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作外表進(jìn)展鍍鉻處理。為了解決因制動(dòng)鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動(dòng)液的熱量的問(wèn)題，應(yīng)減小活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積。
制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或前方。制動(dòng)鉗位于車軸前可防止輪胎甩出來(lái)的泥，水進(jìn)入制動(dòng)鉗，位于車軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承的合成載荷。
制動(dòng)塊
制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接結(jié)實(shí)地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇面形，也有矩形、正方形或長(zhǎng)圓形的。活塞應(yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫
17、聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了防止制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液汽化和減小制動(dòng)噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘〔或噴涂〕一層隔熱減震墊。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。許多盤式制動(dòng)器裝有襯塊磨損達(dá)極限時(shí)的警報(bào)裝置，以便及時(shí)更換摩擦襯片。
摩擦材料
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到*一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水(油、制動(dòng)液)率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率(要求摩擦襯塊在300℃的加熱板上：作用30min后，背板的溫度不越過(guò)190℃)和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎
18、購(gòu)性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。
各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器時(shí)一般取0.3～0.35。選用摩擦材料時(shí)應(yīng)注意，一般說(shuō)來(lái)，摩擦系數(shù)愈高的材料其耐磨性愈差。本次設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)選用=0.3。
一種是編織材料，它是先用長(zhǎng)纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織成布，再浸以樹脂粘合劑經(jīng)枯燥后輥壓制成。其撓性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在100℃～120℃溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)(以上)，沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4～5倍。但耐熱性差，在200℃～250℃以上即不能承受較高的單位壓力，磨損
19、加快。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。
一種是粉末冶金摩擦材料其是以銅粉或鐵粉為主要成分(占質(zhì)量的60％～80％)，加上石墨、瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好，但造價(jià)高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車。
當(dāng)前，在制動(dòng)器上廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并均樹脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無(wú)機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)勺噪聲消除別(主要成分為石墨)等混合后，在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓性較差．故應(yīng)佐按襯片或襯塊規(guī)格模壓。其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片
20、或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。
制動(dòng)器間隙及調(diào)整
制動(dòng)鼓與摩擦襯片之間或制動(dòng)盤與摩擦襯片之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙，以保證制動(dòng)鼓(制動(dòng)盤)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般，鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.2～0.5mm；盤式制動(dòng)器的為0.1～0.3mm〔單側(cè)0.05mm~0.15mm〕。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動(dòng)過(guò)程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。在本設(shè)計(jì)中：盤式制動(dòng)器取間隙為0.1m。
另外，制動(dòng)器在工作過(guò)程中會(huì)由于摩擦襯片或摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有
21、間隙調(diào)整裝置。當(dāng)前，盤式制動(dòng)器的間隙調(diào)整均已自動(dòng)化，鼓式制動(dòng)器采用間隙自動(dòng)調(diào)整裝置的也日益增多。
盤式制動(dòng)器工作間隙的調(diào)整，鉗盤式制動(dòng)器不僅制動(dòng)間隙小，而且制動(dòng)盤受熱膨脹后對(duì)軸向間隙幾乎沒有影響，所以一般都采用一次調(diào)準(zhǔn)式間隙自調(diào)裝置。最簡(jiǎn)單且常用的構(gòu)造是在缸體和活塞之間裝一個(gè)兼起復(fù)位和間隙自調(diào)作用的帶有斜角的橡膠密封圈，制動(dòng)時(shí)密封圈的刃邊是在活塞給予的摩擦力的作用下產(chǎn)生彈性變形，與極限摩擦力對(duì)應(yīng)的密封圈變形量即等于設(shè)定的制動(dòng)間隙。當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程增大時(shí)，在密封圈到達(dá)極限變形之后，活塞與密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對(duì)位移便補(bǔ)償了這一過(guò)量間隙。解除制動(dòng)后活塞在彈力作用下退回，直到密封圈的變形完全消失為止，這時(shí)摩擦快與制動(dòng)盤之間重新回復(fù)到設(shè)定間隙。
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論文浮鉗盤式制動(dòng)器
