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原始數據:
整車質量：空載：1550kg；滿載：2000kg
質心位置：a=L1=1.35m；b=L2=1.25m
質心高度：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.同步附著系數的分析
(1)當時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉向能力；
(2)當時：制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側滑而使汽車失去方向
2、穩(wěn)定性；
(3)當時：制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數為的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為，即，q為制動強度。而在其他附著系數的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死的制動強度,這表明只有在的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
根據相關資料查出轎車0.6，故取.
同步附著系數：0.6
2.確定前后軸制動力矩分配系數
常用前制動器制動力與汽車總制動力之比來表明分配的比例，稱為制動器制動力分配系數，用表示，即：，
式中，：前制動器制動力；：后制動器制動力；：制動器總制動力。
由于已經確定同步附著系
3、數，則分配系數可由下式得到： 根據公式：
得：
3.制動器制動力矩的確定
為了保證汽車有良好的制動效能，要求合理地確定前，后輪制動器的制動力矩。
根據汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動到前輪抱死拖滑，計算出后輪制動器的最大制動力矩
由輪胎與路面附著系數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；
q：制動強度；
：車輪有效半徑；
：后軸最大制動力矩；
G：汽車滿載質量；
4、
L：汽車軸距；
其中q===0.66
故后軸==1.57Nmm
后輪的制動力矩為=0.785Nmm
前軸= T==0.67/(1-0.67)1.57=3.2Nmm
前輪的制動力矩為3.2/2=1.6Nmm
2.浮鉗盤式制動器主要結構參數的確定
2.1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%~90%，總質量大于2t的車輛應取其上限。通常，制造商在保持有效的制
5、動性能的情況下，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)，又因為M=2000kg，取其上限。
在本設計中：,取D=256mm。
2.2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。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l0mm~20mm，具有通風孔道
6、的制動盤厚度取為20mm~ 50mm，但多采用20mm~30mm。
在本設計中選用通風式制動盤，h取20mm。
2.3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R2=104mm，,則內半徑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量在1.6kg/～3.5kg/范圍內選取。汽車空載質量為1550kg，前輪空載時地載荷為852.5kg，所以852.5/(3.5*4)
7、*4)，即60.89
8、5Nm
=370mm=0.37m
m——汽車總重 m=2000kg
代入數據得=(785+1600)/0.37×2000=6.16m/s
轎車制動減速度應在5.8~7m/s,所以符合要求。
3.2制動距離S
在勻減速度制動時，制動距離S為
S=1/3.6（t1+ t2/2）V+ V2/254
式中，t1——消除制動盤與襯塊間隙時間，取0.1s
t2——制動力增長過程所需時間,取0.2s
V=30km/h
故S=1/3.6（0.1+ 0.2/2）30+ 30/254×0.7=7.2m
轎車的最大制動距離為：S=0.1V+V/150
S=0.13
9、0+30/150=9m
S
10、的單個前輪制動器的比能量耗散率為：
式中：：汽車回轉質量換算系數，緊急制動時，；
：汽車總質量；
，：汽車制動初速度與終速度（/）；計算時轎車取27.8/；
：制動時間，；按下式計算
：制動減速度，， ；
：前輪制動器襯片的摩擦面積；
=7600mm
：制動力分配系數。
則=5.7
轎車盤式制動器的比能量耗散率應不大于6.0，故符合要求。
若摩擦襯片壓力與制動盤面接觸良好，且各處單位壓力分布均勻，則在鉗盤式制動器扇形摩擦襯面上任取
11、一微小面積:dA = RdRdθ,在這微小面積上產生的微摩擦力矩為:dM=qRμdA=μqR2dRdθ,式中q為摩擦片與制動盤之間的單位面積上的壓力，μ為摩擦片的摩擦系數，則單側摩擦片作用于制動盤上的制動力矩為可由下式積分求得:M'=μpR2dRdθ=θμpR2dR=μp(R23-R13)（N.m）
則盤式制動器的總制動力矩為：M=μq(R23-R13)
4.性能約束
(1)制動力矩約束：汽車制動器制動力矩應該小于地面的摩擦力矩，否則會發(fā)生車輪抱死現象而產生側滑，從而失去穩(wěn)定性 ，即：MG
式中：：路面附著系數；
G：整車重量(N)；
：制動力分配系數；
：車輪有效半徑。
(2
12、)摩擦片壓力約束：摩擦片應達到要求的耐磨性或使用壽命，對于摩擦片最大許用單位壓力[P]，一般按經驗取值，因此，摩擦片單位面積壓力不得超過許用單位壓力[P]，即：
<[P]
(3)比能量耗散率約束：如果比能量耗散率過高，不僅會加快制動摩擦片的磨損，而且可能引起制動盤的龜裂，因此所施加的約束為：
[e]（W/mm）
式中：m：整車質量(kg)；
[e]：盤式制動器時，取6．0W/mm；
T：為制動時間。
(4)制動盤一次制動的溫升：
△T=GV2/254C1M1[△t]
式中M1：制動盤的質量(Kg)M1=,其中為制動盤的密度7900㎏/m3
C1：制動盤的熱容量J/(
13、Kg·K)對鋼和鑄鐵取C=523J/(Kg.K);
V：制動初速度(Km/h)取30Km/h
[△t]一次制動最大允許溫升，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量在1.6kg/～-3.5kg/范圍內選取。汽車空載質量為1550kg，前輪空載時地載荷為852.5kg，所以852.5/(3.5*4)
14、輪輞直徑(mm)；
Dg：輪轂直徑(mm)；
△1、△2：分別為結構設計空間裕量(mm)。
浮鉗盤式制動器主要部件結構的確定
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。車論凸耳
15、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。
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，或用添加Cr，Ni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。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l0m~13mm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
16、量，兩側表面的平行度（厚度差）及制動盤的不平衡量。根據有關文獻規(guī)定：制動盤兩側表面不平行度不應大于0.008mm,盤的表面擺差不應大于0.1mm；制動盤表面粗糙度不應大于0.06mm。
制動鉗
制動鉗由可鍛鑄鐵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。可做成整體的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。制動鉗體應有高的強度和剛度。在鉗體中加工出制動油缸。為了減少傳給制動液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動塊的背板。活塞由鑄鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。為了解決因制動鉗體由鋁合
17、金制造而減少傳給制動液的熱量的問題，應減小活塞與制動塊背板的接觸面積。
制動鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥，水進入制動鉗，位于車軸后則可減小制動時輪轂軸承的合成載荷。
制動塊
制動塊由背板和摩擦襯塊構成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇面形，也有矩形、正方形或長圓形的?；钊麘軌鹤”M量多的制動塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。為了避免制動時產生的熱量傳給制動鉗而引起制動液汽化和減小制動噪聲，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
18、快，因此其厚度較大。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達極限時的警報裝置，以便及時更換摩擦襯片。
摩擦材料
制動摩擦材料應具有高而穩(wěn)定的摩擦系數，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數值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(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190℃)和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購性能和耐沖擊性能；制動時不產生噪聲和不良氣味，應盡量采用少污染和對人體無害的摩擦材料。
各種摩擦材料摩擦系數的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數可達0.7。設計計算制動器時一般取0.3～0.35。選用摩
19、擦材料時應注意，一般說來，摩擦系數愈高的材料其耐磨性愈差。本次設計摩擦系數選用=0.3。
一種是編織材料，它是先用長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干燥后輥壓制成。其撓性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動蹄或制動帶上。在100℃～120℃溫度下，它具有較高的摩擦系數(以上)，沖擊強度比模壓材料高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，磨損加快。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動器，尤其是帶式中央制動器。
一種是粉末冶金摩擦材料其是以銅粉或鐵粉為主要成分(占質量的60％～80％)，加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數調整劑，
20、用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好，但造價高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動器負荷重的汽車。
當前，在制動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、調整摩擦性能的填充刑(出無機粉粒及橡膠、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．故應佐按襯片或襯塊規(guī)格模壓。其優(yōu)點是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設計采用的是模壓材料。
制動器間隙及調整
制動鼓與摩擦襯片之間或制動盤與摩擦襯片之間在未制動的狀態(tài)下應有工作作間隙，以保證制動鼓(制動盤)能自由轉動。一般，
21、鼓式制動器的設定間隙為0.2～0.5mm；盤式制動器的為0.1～0.3mm（單側0.05mm~0.15mm）。此間隙的存在會導致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應盡量小?？紤]到在制動過程中摩擦副可能產生機械變形和熱變形，因此制動器在冷卻狀態(tài)下應有的間隙應通過試驗來確定。在本設計中：盤式制動器取間隙為0.1m。
另外，制動器在工作過程中會由于摩擦襯片或摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制動器必須設有間隙調整裝置。當前，盤式制動器的間隙調整均已自動化，鼓式制動器采用間隙自動調整裝置的也日益增多。
盤式制動器工作間隙的調整，鉗盤式制動器不僅制動間隙小，而且制動盤受熱膨脹后對軸向間隙幾乎沒有影響，所以一般都采用一次調準式間隙自調裝置。最簡單且常用的結構是在缸體和活塞之間裝一個兼起復位和間隙自調作用的帶有斜角的橡膠密封圈，制動時密封圈的刃邊是在活塞給予的摩擦力的作用下產生彈性變形，與極限摩擦力對應的密封圈變形量即等于設定的制動間隙。當襯塊磨損而導致所需的活塞行程增大時，在密封圈達到極限變形之后，活塞與密封圈之間這一不可恢復的相對位移便補償了這一過量間隙。解除制動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，這時摩擦快與制動盤之間重新回復到設定間隙。
專心---專注---專業(yè)
畢業(yè)設計浮鉗盤式制動器(共14頁)
