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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 轎車盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè) 車輛工程
學(xué) 號 1079311113
學(xué) 生 欒吉哲
指 導(dǎo) 教 師 閆春利
答 辯 日 期 2010年12月28日
哈工大華德學(xué)院
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語
姓名： 欒吉哲 學(xué)號： 1079311113 專業(yè)： 車輛工程
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 轎車盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計
工作起止日期：2010 年10 月10日起 2010年12月28 日止
指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見：
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱：
評閱人評閱意見：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________
答辯委員會評語：
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根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：
學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定為：
對畢業(yè)設(shè)計（論文）的特殊評語：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
答辯委員會主任（簽字）： 職稱：________________
答辯委員會副主任（簽字）：
答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________
年 月 日
哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
姓 名：欒吉哲 院 （系）：汽車工程系
專 業(yè)：車輛工程 班 號：0793111
任務(wù)起至日期： 2010 年 10 月 10 日至 2010 年 12 月 28 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：轎車盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計
立題的目的和意義：
汽車的設(shè)計與生產(chǎn)涉及到許多的領(lǐng)域，其獨有的安全性、經(jīng)濟性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對設(shè)計提出了更高的要求。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動安全系統(tǒng)，其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的行駛速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的制動系統(tǒng)。其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響，如果此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會受到車禍的傷害。
鑒于制動系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計的主要內(nèi)容就是運輸車輛中的制動器，目前廣泛使用的是摩擦式制動器，摩擦式制動器就其摩擦副的結(jié)構(gòu)形式可分成鼓式、盤式和帶式三種。其中盤式制動器由于良好的制動效能及其穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于轎車的制動系統(tǒng)。盤式制動器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一個或幾個制動盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動盤工作表面的一小部分的盤式制動器稱為鉗盤式制動器；摩擦材料覆蓋制動盤全部工作表面的盤式制動器稱為全盤式制動器?，F(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動器應(yīng)用最為廣泛，僅有個別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動器，以及全盤式制動器。
本次設(shè)計是將捷達轎車的后輪從鼓式制動器改為浮鉗盤式制動器，在前盤后鼓得基礎(chǔ)上改為前后都是盤式制動器，保持制動力分配系數(shù)的穩(wěn)定，改善了汽車的制動穩(wěn)定性，簡化了汽車的制動裝置，減輕了整車質(zhì)量，從而提高了汽車在行駛過程中的安全性與穩(wěn)定性。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：
對鉗盤式制動器的總成及主要零部件進行設(shè)計，并對主要受力部件進行校核。
1、確定汽車的主要參數(shù)
2、盤式制動器主要參數(shù)的確定
3、盤式制動器的設(shè)計計算
4、主要受力部件的校核
5、制動盤結(jié)構(gòu)設(shè)計
進度安排：
2010.10.1~2010.10.21 進行調(diào)研，查相關(guān)資料，撰寫《開題報告》。
2010.10.22 畢業(yè)設(shè)計開題答辯。
2010.10.23～2010.11.18 按要求完成總體設(shè)計方案、初步計算及繪制草圖。
2010.11.19 老師檢查完成進度情況。
2010.11.20～2010.11.25 完成設(shè)計草圖。
2010.11.26 進行中期檢查。
2010.11.27～2010.12.09 繪制正式圖紙及設(shè)計說明書草稿。
2010.12.10 進行結(jié)題檢查。
2010.12.16 上交設(shè)計圖及說明書。
2010.12.17 ～2010.12.23 老師對畢業(yè)設(shè)計進行評審。
2010.12.28 畢業(yè)答辯。
同組設(shè)計者及分工：
指導(dǎo)教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
汽車的設(shè)計與生產(chǎn)涉及到許多的領(lǐng)域，其獨有的安全性、經(jīng)濟性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對設(shè)計提出了更高的要求。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動安全系統(tǒng)，其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的行駛速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的制動系統(tǒng)。
鑒于制動系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計的主要內(nèi)容就是運輸車輛中的制動器，從制動系的功用及設(shè)計的要求出發(fā)，依據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，進行了方案論證。對各種形式的制動器的優(yōu)缺點進行了比較后，在前盤后鼓得基礎(chǔ)上改為前后都是盤式制動器，保持制動力分配系數(shù)的穩(wěn)定，改善了汽車的制動穩(wěn)定性，簡化了汽車的制動裝置，減輕了整車質(zhì)量，從而提高了汽車在行駛過程中的安全性與穩(wěn)定性。選擇了簡單液壓驅(qū)動機構(gòu)和雙管路系統(tǒng)，選用了間隙自動調(diào)節(jié)裝置，采用比例閥作為制動力的調(diào)節(jié)裝置。
關(guān)鍵詞：制動鉗; 制動盤; 制動輪缸;制動襯片
Abstract
Automobile design and production are involved in many fields, its unique safety, economy, comfort and so many indicators, also raised taller requirement to the design. Automobile braking system is an important vehicle active safety system, and its performance depends on car has an important influence on road safety. As the vehicle of the speed and pavement situation was complex degree rise, more require high-performance, long life of brake system.
In view of the importance of brake system, the design of the main content is a transport vehicles, the brake from brake system function and design, according to the requirement of design parameters, given the scheme comparison. On all forms of brake their advantages and disadvantages are discussed, based on HouGu have in QianPan instead of before and after are disc brakes, maintain braking force distribution coefficient, improves the stability of the braking stability and simplify the automobile braking device, reduce the vehicle quality, thereby improving the car while driving in the process of security and stability. Choose a simple hydraulic driving mechanism and double pipeline system, chose clearance automatic adjusting device, proportional valve as brake force adjusting device
Keywords: brake disc； Brake wheel cylinder; Brake caliper; Braking facings formulations
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 1
1.2 汽車制動系概述 2
1.3 設(shè)計的意義 4
小結(jié) 5
第2章 制動器設(shè)計方案的論證和選擇 6
2.1 制動器設(shè)計要求 6
2.2 制動器設(shè)計的一般原則 8
2.3 制動器方案分析 9
2.4 制動驅(qū)動機構(gòu)的選擇 9
2.5 制動管路的選擇 10
2.6 鼓式制動器與盤式制動器的比較分析 12
2.7 制動器間隙自動調(diào)整裝置 16
小結(jié) 16
第3章 制動系的主要參數(shù)及其選擇 17
3.1 制動力與制動力分配系數(shù) 17
3.2 同步附著系數(shù) 20
3.3 制動器的制動力矩 21
3.4 利用附著系數(shù)與制動效率 22
小結(jié) 24
第4章 制動器的設(shè)計計算 25
4.1 原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù) 25
4.2 盤式制動器主要參數(shù)的確定 25
4.3 制動力矩與盤的壓力。 27
4.4 制動輪缸直徑的計算 28
4.5 緊急制動時踏板力的計算 28
4.6 制動踏板行程的計算 28
小結(jié) 29
第五章 制動器主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算 30
5.1 制動盤 30
5.2 制動鉗 30
5.3 制動塊 30
5.4 摩擦材料 31
5.5 制動器的熱容量和溫升的核算 31
5.6 強度校核 32
小結(jié) 33
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻 36
附錄 37
-4-
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
汽車的設(shè)計與生產(chǎn)涉及到許多的領(lǐng)域，其獨有的安全性、經(jīng)濟性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對設(shè)計提出了更高的要求。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動安全系統(tǒng)，其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的行駛速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的制動系統(tǒng)。
鑒于制動系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計的主要內(nèi)容就是運輸車輛中的制動器，從制動系的功用及設(shè)計的要求出發(fā)，依據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，進行了方案論證。對各種形式的制動器的優(yōu)缺點進行了比較后，在前盤后鼓得基礎(chǔ)上改為前后都是盤式制動器，保持制動力分配系數(shù)的穩(wěn)定，改善了汽車的制動穩(wěn)定性，簡化了汽車的制動裝置，減輕了整車質(zhì)量，從而提高了汽車在行駛過程中的安全性與穩(wěn)定性。選擇了簡單液壓驅(qū)動機構(gòu)和雙管路系統(tǒng)，選用了間隙自動調(diào)節(jié)裝置，采用比例閥作為制動力的調(diào)節(jié)裝置。
關(guān)鍵詞：制動鉗; 制動盤; 制動輪缸;制動襯片
Abstract
Automobile design and production are involved in many fields, its unique safety, economy, comfort and so many indicators, also raised taller requirement to the design. Automobile braking system is an important vehicle active safety system, and its performance depends on car has an important influence on road safety. As the vehicle of the speed and pavement situation was complex degree rise, more require high-performance, long life of brake system.
In view of the importance of brake system, the design of the main content is a transport vehicles, the brake from brake system function and design, according to the requirement of design parameters, given the scheme comparison. On all forms of brake their advantages and disadvantages are discussed, based on HouGu have in QianPan instead of before and after are disc brakes, maintain braking force distribution coefficient, improves the stability of the braking stability and simplify the automobile braking device, reduce the vehicle quality, thereby improving the car while driving in the process of security and stability. Choose a simple hydraulic driving mechanism and double pipeline system, chose clearance automatic adjusting device, proportional valve as brake force adjusting device
Keywords: brake disc； Brake wheel cylinder; Brake caliper; Braking facings formulations
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 1
1.2 汽車制動系概述 2
1.3 設(shè)計的意義 4
小結(jié) 5
第2章 制動器設(shè)計方案的論證和選擇 6
2.1 制動器設(shè)計要求 6
2.2 制動器設(shè)計的一般原則 8
2.3 制動器方案分析 9
2.4 制動驅(qū)動機構(gòu)的選擇 9
2.5 制動管路的選擇 10
2.6 鼓式制動器與盤式制動器的比較分析 12
2.7 制動器間隙自動調(diào)整裝置 16
小結(jié) 16
第3章 制動系的主要參數(shù)及其選擇 17
3.1 制動力與制動力分配系數(shù) 17
3.2 同步附著系數(shù) 20
3.3 制動器的制動力矩 21
3.4 利用附著系數(shù)與制動效率 22
小結(jié) 24
第4章 制動器的設(shè)計計算 25
4.1 原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù) 25
4.2 盤式制動器主要參數(shù)的確定 25
4.3 制動力矩與盤的壓力。 27
4.4 制動輪缸直徑的計算 28
4.5 緊急制動時踏板力的計算 28
4.6 制動踏板行程的計算 28
小結(jié) 29
第五章 制動器主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算 30
5.1 制動盤 30
5.2 制動鉗 30
5.3 制動塊 30
5.4 摩擦材料 31
5.5 制動器的熱容量和溫升的核算 31
5.6 強度校核 32
小結(jié) 33
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻 36
附錄 37
-41-
第1章 緒論
1.1 汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位
1. 汽車工業(yè)本身對國民經(jīng)濟的貢獻及對相關(guān)工業(yè)的帶動度
汽車產(chǎn)品是一個產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、波及效果廣、對相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動力大的產(chǎn)品，汽車工業(yè)波及到原材料、能源、建筑、商業(yè)、金融、交通、運輸?shù)龋常磦€行業(yè)。
汽車工業(yè)的發(fā)展與原材料工業(yè)有著極為密切的關(guān)系。隨著汽車工 業(yè)的發(fā)展，質(zhì)輕、耐腐蝕、隔音、隔熱、易成型、韌性好的塑料及復(fù)合材料越來越 多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。汽車用涂料是在所在涂料中綜合性能要求最高的涂料，國外涂料行業(yè)為滿足汽車工業(yè)的發(fā)展及環(huán)保的要求，都把汽車用涂料作為涂料研究 的重點。汽車工業(yè)的發(fā)展，帶動了石油化學(xué)、化學(xué)工業(yè)、輕工、紡織、建材等相關(guān)部門的發(fā)展。
發(fā)展汽車工業(yè)，有利于疏散過度密集的城市人口，促進郊區(qū)衛(wèi)星城市的發(fā)展，促進房地產(chǎn)行業(yè)、金融、第三產(chǎn)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2. “富國富民”，增加國家財政收入的需要
汽車工業(yè)是一個精度要求高、綜合性強、零部件數(shù)量多、加工深度較高、附加 價值很大的加工工業(yè)，一般附加值率高達20%－40%，是創(chuàng)造社會財富、提高國民收入的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，一部轎車的平均使用壽命為9年，期間交納的消費 稅、購置稅、燃油稅、養(yǎng)路費、保險費等各種稅費差不多等于這一輛車的購置價格；一輛貨車的各種稅費約為購置價格的3倍，如果把這輛車在生產(chǎn)和流通中交納的稅費加在一起，將是一個更大的數(shù)目。
3. 汽車行業(yè)是重要的出口創(chuàng)匯產(chǎn)業(yè)
汽車是全球性產(chǎn)品，汽車工業(yè)是國際貿(mào)易型產(chǎn)業(yè)。大批量出口，增加外匯收入。目前，全世界汽車年出口量已達1600萬輛，汽車市場突破國家界限，由國家內(nèi)部的壟斷與競爭轉(zhuǎn)向全球生產(chǎn)，銷售的競爭，成為一個國家外匯收入的主要來源
4. 發(fā)展汽車工業(yè)有利于促進技術(shù)進步
汽車工業(yè)是技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)，既可以自身的需要促進科技發(fā)展，又可將科技成果 大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)。本世紀先后出現(xiàn)的幾次重大的新技術(shù)浪潮，汽車及其制造業(yè)不但沒有受到?jīng)_擊，相反從中受益匪淺。20世紀８０年代以來，電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)品，出現(xiàn)了汽車電子化的趨勢。目前世界６０％的機器人應(yīng)用于汽車工業(yè)，而且由于用戶的需求和資源、環(huán)保對汽車的要求日益提高，大量新材料、新技術(shù)在汽車工業(yè)率先應(yīng)用，促進了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。
5. 發(fā)展汽車工業(yè)可創(chuàng)造更多的就業(yè)機會
汽車工業(yè)又是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，其本身從生產(chǎn)到銷售服務(wù)可以創(chuàng)造較高的就業(yè)率，而且其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展連同汽車產(chǎn)品的使用、維修可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機會。
6. 是提高人民生活水平的必然要求
汽車具有快速、舒適、機動、靈活和隨意等優(yōu)點，在全世界得到廣泛的應(yīng)用和普及，成為現(xiàn)代生活的象征。在發(fā)達國家，轎車已成為千家萬戶的生活必需品。在美國，幾乎平均每人一輛轎車。事實上，通過對世界發(fā)達工業(yè)國家和較為先進的發(fā)展中國家的汽車工業(yè)的發(fā)展歷史研究，我們發(fā)現(xiàn)以下三點：一是各國轎車迅速普及均發(fā)生在各國經(jīng)濟發(fā)展最快的歷史時期；二是國民經(jīng)濟的快速發(fā)展是促進汽車尤其是轎車工業(yè)發(fā)展的充要條件，轎車工業(yè)的發(fā)展反過來對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有巨大的促進作用；三是轎車擁有率與人均ＧＮＰ之間有著密切的聯(lián)系，隨著人民收入水平的提高逐漸進入家庭，轎車的發(fā)展將不以人的意志為轉(zhuǎn)移。
1.2 汽車制動系概述
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已經(jīng)停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。
對汽車起到制動作用的是作用在汽車上，其方向與汽車行駛方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動阻力，上坡阻力，空氣阻力都能對汽車起制動作用，但這外力的大小是隨機的，不可控制的。因此，汽車上必須設(shè)一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界在汽車上某些部分施加一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動。這種可控制的對汽車進行制動的外力，統(tǒng)稱為制動力。這樣的一系列專門裝置即成為制動系。
1. 制動系的功用：使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠的停在原地或--=-坡道上。
2. 制動系的組成
任何制動系都具有以下四個基本組成部分：
（1）供能裝置——包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的各種部件。其中，產(chǎn)生制動能量的部位稱為制動能源。
（2）控制裝置——包括產(chǎn)生制動動作和控制制動效果的各種部件。
（3）傳動裝置——包括將制動能量傳輸?shù)街苿悠鞯母鱾€部件。
（4）制動器——產(chǎn)生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力的部件，其中也包括輔助制動系中的緩速裝置。
較為完善的制動系還具有制動力調(diào)節(jié)裝置以及報警裝置、壓力保護裝置等附加裝置。
3. 制動系的類型
（1）按制動系的功用分類
1）行車制動系——使行使中的汽車減低速度甚至停車的一套專門裝置。
2）駐車制動系——是以停止的汽車駐留在原地不動的一套裝置。
3）第二制動系——在行車制動系失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動法規(guī)中規(guī)定，第二制動系是汽車必須具備的。
4）輔助制動系——在汽車長下坡時用以穩(wěn)定車速的一套裝置。
（2）按制動系的制動能源分類
1）人力制動系——以駕駛員的肢體作為唯一的制動能源的制動系。
2）動力制動系——完全靠由發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的制動系。
3）伺服制動系——兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系。
按照制動能量的傳輸方式，制動系又可分為機械式、液壓式、氣壓式和電磁等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系，可稱為組合式制動系。
汽車制動系統(tǒng)是一套用來使四個車輪減速或停止的零件。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動動作開始。踏板裝在頂端帶銷軸的桿件上。踏板的運動促使推桿移動，移向主缸或離開主缸。
主缸安裝在發(fā)動機室的隔板上，主缸是一個由駕駛員通過踏板操作的液壓泵。當(dāng)踏板被踩下，主缸迫使有壓力的制動液通過液壓管路到四個車輪的每個制動器。液壓管路由鋼管和軟管組成。它們將壓力液從主缸傳遞到車輪制動器。
盤式制動器多用于汽車的前輪，有不少車輛四個車輪都用盤式制動器。制動盤裝在輪級上、與車輪及輪胎一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)駕駛員進行制動時，主缸的液體壓力傳遞到盤式制動器。該壓力推動摩擦襯片靠到制動盤上，阻止制動盤轉(zhuǎn)動。
圖1-1 汽車制動系統(tǒng)的基本部件
1.液壓助力制動器 2.主缸和防抱死裝置 3.前盤式制動器 4.制動踏板 5.駐車制動桿 6.防抱死計算機 7.后盤式制動器
防止制動時車輪被抱死有利于提高汽車在制動過程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性，縮短制動距離，所以近年來防抱死制動系統(tǒng)（ABS）在汽車上得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。此外，由于含有石棉的摩擦材料在石棉有致癌公害問題已被淘汰，取而代之的各種無石棉型材料相繼研制成功。
1.3 設(shè)計的意義
一個國家汽車工業(yè)的發(fā)展水平反映出該國家的整體工業(yè)水平。要發(fā)展一個國家的汽車工業(yè)，就汽車行業(yè)來說，汽車設(shè)計應(yīng)處于一個舉足輕重的位置。制動器的設(shè)計作為汽車設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)也是非常重要的，尤其是隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，道路條件的日益改善，車速越來越高，安全問題也愈受重視，制動器恰是影響汽車安全性的一個重要部件。因此，能夠設(shè)計，制造出具有高制動性、可靠性的制動器是改善汽車設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。
本次設(shè)計遵循以下原則：首先滿足制動器效能，再考慮降低生產(chǎn)成本，減少體積和質(zhì)量，在選擇材料和機械加工方法中還要考慮環(huán)保問題。
本制動系采用X型雙回路系統(tǒng)以提高制動系的可靠性，在一個回路失效時，其制動效能仍可保持原制動效能的50%。采用真空助力器，使操縱更輕便，減少駕駛員的疲勞。在前、后輪的制動力分配計算中采用了最新計算公式，使制動力分配更合理，提高了汽車的制動穩(wěn)定性。
總之，通過本次設(shè)計，使制動器性能得到改善、成本降低，與此同時，還減少了制動器生產(chǎn)及使用過程中對周圍環(huán)境的污染。
小結(jié)
汽車在人們的日常生活中的重要性，與其能帶動經(jīng)濟發(fā)展的影響力。闡
述了制動系的作用，制動系的組成有駐車制動、行車制動、應(yīng)急制動、制動裝置的基本結(jié)構(gòu)。
本次設(shè)計在于改善汽車的制動系統(tǒng)，提高整車的制動性能，保證人乘的安全性。
第2章 制動器設(shè)計方案的論證和選擇
2.1 制動器設(shè)計要求
1．具有足夠的制動效能。行車制動能力是用一定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩相指標(biāo)來評定的；駐坡能力是以汽車在良好路面上能可靠的停駐的最大坡度來評定的。詳見GB/T7258-2004
制動距離：是指機動車在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起至機動車停住時止機動車駛過的距離。
制動減速度：是指機動車制動時車速對時間的導(dǎo)數(shù)。
制動穩(wěn)定性要求：是指制動過程中機動車的任何部位（不計入車寬的部位除外）不允許超出規(guī)定寬度的試驗通道的邊緣線。
制動距離和制動穩(wěn)定性要求
機動車類型
制動初速度
km/h
滿載檢驗制動距離要求m
空載檢驗制動距離要求m
試驗通道寬度 m
三輪汽車
20
≤5.0
2.5
乘用車
50
≤20.0
≤19.0
2.5
總質(zhì)量不大于 3500kg 的低速貨車
30
≤9.0
≤8.0
2.5
其它總質(zhì)量不大于 3500kg 的汽車
50
≤22.0
≤21.0
2.5
其它汽車、汽車列車
30
≤10.0
≤9.0
3.0
兩輪摩托車
30
≤7.0
——
邊三輪摩托車
30
≤8.0
2.5
正三輪摩托車
30
≤7.5
2.3
輕便摩托車
20
≤4.0
——
輪式拖拉機運輸機組
20
≤6.5
≤6.0
3.0
手扶變型運輸機
20
≤6.5
2.3
制動減速度和制動穩(wěn)定性要求
機動車類型
制動初速度km/h
滿載檢驗充分發(fā)出的平均減速度m/s2
空載檢驗充分發(fā)出的平均減速度m/s2
試驗通道寬度m
三輪汽車
20
≥3.8
2.5
乘用車
50
≥5.9
≥6.2
2.5
總質(zhì)量不大于 3500kg 的低速貨車
30
≥5.2
≥5.6
2.5
其它總質(zhì)量不大于 3500kg 的汽車
50
≥5.4
≥5.8
2.5
其它汽車、汽車列車
30
≥5.0
≥5.4
3.0
2. 工作可靠。行車制動裝置至少有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路，當(dāng)其中一套管路失效時，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低于沒有失效時規(guī)定值的30%。行車和駐車制動裝置可以有共同的制動器，而驅(qū)動機構(gòu)則各自獨立。
3. 在任何速度下制動時，汽車都不應(yīng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
4. 防止水和泥進入制動器工作表面。
5. 制動能力的熱穩(wěn)定性良好。
6. 操作輕便，并具有良好的隨動性。
7. 制動時，制動系產(chǎn)生的噪聲應(yīng)盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。
8. 作用滯后性應(yīng)盡可能好。作用滯后性是指制動反應(yīng)時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價。
9. 摩擦片應(yīng)有足夠的使用壽命。
10. 摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。
11. 當(dāng)制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本供能遭到破壞時，汽車制動系應(yīng)有音響或光信號等報警裝置。
2.2 制動器設(shè)計的一般原則
1. 制動器效能，指在良好路面上，汽車以一定初速度制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度。在評比不同結(jié)構(gòu)形式的制動器效能時，常用一種稱為制動效能因數(shù)的無因次指標(biāo)。制動效能因數(shù)的定義為：在制動鼓和制動盤的作用半徑上所得到的摩擦利于輸入力之比。
2. 制動器效能恒定性，即汽車高速行使或下長坡連續(xù)制動時汽車制動效能保持的程度。如前所述，影響摩擦因數(shù)的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面溫度和水濕程度。因為制動過程是及時把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，所以制動器溫度升高后能否保持在冷狀態(tài)時的制動效能，已成為設(shè)計汽車制動器時要考慮的一個重要問題。由于領(lǐng)蹄的效能因數(shù)大于從蹄，穩(wěn)定性卻比從蹄差，因此各種鼓式制動器的效能因數(shù)取決于兩蹄的效能因數(shù)，故就整個鼓式制動器而言，也在不同程度上存在著效能本身與其穩(wěn)定性的矛盾。而盤式制動器的制動效能最為穩(wěn)定。
要求制動器的熱穩(wěn)定性好，除選擇其效能因數(shù)對摩擦系數(shù)敏感性較低的制動器類型外，還要求摩擦材料有較好的抗熱衰退性和恢復(fù)性，并且應(yīng)使制動鼓（制動盤）有足夠的熱容量和散熱能力。
3. 制動器間隙調(diào)整，是汽車保養(yǎng)作業(yè)較為頻繁的項目之一。故選擇調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置必須保證調(diào)整操作方便。最好采用間隙自動裝置。
4. 制動器的尺寸和質(zhì)量。隨著現(xiàn)代汽車車速的日益提高，處于汽車行駛穩(wěn)定性的考慮，輪胎尺寸往往選擇較小。這樣，為了保證所要求的制動力矩而確定的制動鼓（制動盤）直徑就可能過大而難以在輪轂內(nèi)安裝。因而應(yīng)選擇尺寸小而效能高的制動器形式。對于高速轎車，為提高制動時的穩(wěn)定性，在前懸架（獨立懸架）設(shè)計中，一般采用較小的主銷偏移距。為此，前制動器位置有時不得不外移到更靠近輪轂，導(dǎo)致其布置困難。車輪制動器為非簧載質(zhì)量，故應(yīng)盡可能減輕其質(zhì)量，以改善行駛平順性。
5. 噪音的減輕。制動噪音的現(xiàn)象很復(fù)雜。大致來說，冬冬噪音分為低頻好高頻良種。在低頻噪音中，常遇到的是制動時停車的喀擦聲，這主要是由制動鼓或者制動鉗的共振造成的。高頻噪聲一般可通過制動蹄或制動盤共振產(chǎn)生。或者是由于摩擦襯片或襯塊彈性震動造成的。
影響的噪聲的主要因素是摩擦材料的摩擦特性，即動摩擦系數(shù)對摩擦速度的變化關(guān)系。動摩擦系數(shù)隨速度的增高而減低的程度愈大，愈易激發(fā)震動而產(chǎn)生噪聲。此外，制動器輸入壓力越大，噪聲也越大，而壓力高大一定程度以后則不再有噪聲。制動溫度對噪聲也有影響。在制動器的設(shè)計中采取某種措施，可以在相當(dāng)?shù)某潭壬舷撤N噪聲，特別是低頻噪聲。對高頻的建交省的消除，目前還比較困難。應(yīng)當(dāng)注意，為消除噪聲而采取的某種措施，有可能產(chǎn)生制動力矩的下降和踏板行程損失等副作用。
2.3 制動器方案分析
1. 制動器分為車輪制動器和中央制動器兩種，后者制動通過傳動軸或變速器輸出軸。所有汽車都通過車輪制動器來進行行車制動。現(xiàn)在。由于車速提高，對應(yīng)急制動的可靠性要求也更嚴。目前，在中、高級轎車及部分輕型貨車上已取消了中央制動器。只有在少數(shù)重型車上還保留了氣壓驅(qū)動中央制動器，借以提高制動系的可靠性。
因此，在輕型客車上亦取消了中央制動器，僅使用車輪制動器。
2. 耗散汽車能量方式的選擇
就其耗散汽車能量的方式可分為：摩擦式、液力式和電磁式幾種。電磁式制動器雖有作用滯后小、易于連接且接頭可靠等優(yōu)點，但因成本高而只在一部分重型汽車上用來做車輪制動器或緩速器。液力式制動器只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動器。摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，分為鼓式、盤式和帶式三種。
2.4 制動驅(qū)動機構(gòu)的選擇
液壓式驅(qū)動機構(gòu)：
優(yōu)點：
a.制動時可以得到必要安全性，因為液壓系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)壓力相等，左右輪制動同時進行；
b.易保證制動力正確分配到前、后輪，因為前、后輪分泵可以做出不同直徑；
c.車振或懸架變形不發(fā)生自行制動；
d.不須潤滑和時常調(diào)整；
缺點：
a當(dāng)管路一處泄漏，則系統(tǒng)失效；
b低溫油液變濃，高溫則汽化；
c不可長時間制動。
但綜合來看，油壓制動還是可取的，且得到了廣泛的應(yīng)用。
2.5 制動管路的選擇
出于取安全上的考慮，汽車制動應(yīng)至少有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路。汽車的雙回路制動系統(tǒng)有以下常見的五種分路型式：
1. 一軸對一軸（Ⅱ）型，（圖a），前軸制動器與后橋制動器各用一個回路；
2. 交叉（X）型，前軸的一側(cè)車輪制動器與后橋的對側(cè)車輪制動器同屬一個回路；
3. 一軸半對半軸（HI）型（圖c），每側(cè)前制動器的半數(shù)輪缸和全部后制動器輪缸屬于一個回路，其余的前輪缸則屬于另一個回路；
4. 半軸一輪對半軸一輪（LL）型（圖d），兩個回路分別對兩側(cè)前輪制動器的半數(shù)輪缸和一個后輪制動器作用；
5. 雙半軸對雙半軸（HH）型（圖e），每個回路均只對每個前后制動器的半數(shù)輪缸起作用。
圖2-1 不同的雙管路系統(tǒng)布置
其中Ⅱ型的管路布置最為簡單，成本較低，目前在各種汽車特別是在貨車上用的最廣泛。但這種型式后制動回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎能力。
X型的結(jié)構(gòu)也很簡單。直行制動時任何一回路失效，剩余總制動力都能保持正常值的50％。但一旦某一管路損壞則造成制動力不對稱，使汽車喪生穩(wěn)定性。因此該方案適用于主銷偏移距為負值的汽車上，以改善汽車穩(wěn)定性。
HI、HH、LL型的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，本次設(shè)計不予考慮。X型的布置方案可適于本次設(shè)計。
2.6 鼓式制動器與盤式制動器的比較分析
a.鼓式制動器可分為：領(lǐng)從蹄式（a圖）；雙領(lǐng)蹄式（b圖）；雙向雙領(lǐng)蹄式（c圖）；雙從蹄式（d圖）；單向增力式（e圖）；雙向增力式（f圖）：
雙領(lǐng)蹄式制動器的缺點是由于制動鼓轉(zhuǎn)向方向的改變，使制動效能下降很多；
雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在前進、倒車制動時效能不變，故廣泛用于中、輕型貨車及部分轎車的前、后輪。但用作后輪制動器時需另設(shè)中央制動器；
雙領(lǐng)蹄式和雙向雙領(lǐng)蹄式制動器中有兩個輪缸，適于雙回路制動系，但輪缸、管接頭增多即造價高，且易發(fā)生泄漏及振動引起的破壞等現(xiàn)象。
領(lǐng)從蹄式制動器的阿效能及穩(wěn)定性適中。前進，倒車時制動效能不變，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，普遍用于中、重型貨車上前、后輪制動器；
增力式制動器，制動力矩較大。但其效能太不穩(wěn)定，且需選用摩擦性能較穩(wěn)定的摩擦襯片。單項增力式制動器在倒車時效能大為降低，只有少數(shù)輕、中型貨車，轎車上用于前輪制動器。
b.盤式制動器依據(jù)其固定元件的結(jié)構(gòu)型式大體上可以分為兩大類。
一類是工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動塊，每個制動器有2—4個。這個制動塊及其促東裝置都裝在橫跨制動盤兩側(cè)的夾鉗形支架上，總稱為制動鉗。這種由制動盤和制動鉗組成的制動器稱為鉗盤是制動器。
另一類固定元件的金屬背板和摩擦片也呈圓盤形。使用這種固定元件，因其制動盤的全部工作面可同時與摩擦襯片接觸的制動器稱為全盤式制動器。
目前。鉗盤式制動器已愈來愈多的被各級轎車和貨車用作車輪制動器。全盤式制動器主要用在重型汽車上用作車輪制動器。故輕型客車的前盤式制動器選用前盤式制動器。
鉗盤式制動器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：
固定鉗式制動器，如圖（a）所示，制動盤兩側(cè)均有油缸。制動時，僅兩側(cè)油缸中的活塞驅(qū)使兩側(cè)制動塊向盤面移動。這種制動器的主要優(yōu)點是：
1. 除活塞和制動塊外無其它滑動件，易于保證鉗的剛度；
2. 結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動輪缸相差不多，容易實現(xiàn)從鼓式到盤式的改型；
3. 很能適應(yīng)分路系統(tǒng)的要求；
就目前汽車發(fā)展趨勢來看，隨著汽車性能要求的提高，固定鉗結(jié)構(gòu)上的缺點也日益明顯。主要有以下幾個方面：
1. 固定鉗式至少要有兩個油缸分置于制動盤兩側(cè)，因而必須用跨越制動盤的內(nèi)部油道或外部油管（橋管）來連通，這就使制動器的徑向和軸向的尺寸都比較大，因而在車輪中布置比較困難；
2. 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，從而使制動器的制動效能受到影響；
3. 固定前盤式制動器為了要兼充駐車制動器，必須在主制動鉗上另外附裝一套供駐車制動用的輔助制動鉗，或者采用盤鼓結(jié)合式制動器，其中用于駐車制動的鼓式制動器只能是雙向增力式的，但這種雙向增力式制動器的調(diào)整不方便。
浮動鉗式制動器可分為滑動鉗式（圖b）和擺動鉗式（圖c）。與固定鉗式制動器相比較，其優(yōu)點主要有以下幾個方面：
1. 鉗的外側(cè)沒有油缸，可以將制動器進一步移近輪轂。因此，在布置時比較容易；
2. 浮動鉗沒有跨越制動盤的油管或油道，減少了受熱機會，且單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽減少而冷卻條件較好等原因，所以其制動液汽化可能性較?。?
3. 浮動鉗的同一組制動塊可兼用于行車和駐車制動；
4. 采用浮動鉗可將油缸和活塞等緊密件減去一半，造價大為降低。這一點對大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)式十分重要的。
目前各類汽車所用的摩擦制動器可分為鼓式和盤式，前者的摩擦幅中的旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件則為圓盤轉(zhuǎn)的制動盤，一段面為工作表面。
與鼓式制動器相比較，盤式制動器有如下優(yōu)點：
1. 一般無摩擦助勢作用，因而制動器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定。
2. 浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動即可恢復(fù)正常。
3. 在輸出制動力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較小。
4. 制動盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會像制動鼓的熱膨脹那樣使制動器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動踏扳行程過大。
5. 較易實現(xiàn)間隙自動調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡便。
與鼓式制動器比較，盤式制動器有如下缺點：
1. 效能較低，故用于液壓制動系時所需制動促動管路壓力較高，一班要用伺服裝置。
2. 兼用于駐車制動時，需要加裝的駐車制動傳動裝置較鼓式制動器復(fù)雜，因而在后輪的應(yīng)用受到限制。
2.7 制動器間隙自動調(diào)整裝置
圖2-4 盤式制動器的活塞密封圈
a) 制動狀態(tài) b) 不制動狀態(tài)
1-活塞 2-制動鉗 3-密封圈
最簡單的間隙自調(diào)方式是利用制動鉗中橡膠密封圈的極限彈性變形量來保持制動時為消除設(shè)定間隙所需設(shè)定活塞行程△，當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程大于△時，活塞可在液壓作用下克服密封圈的摩擦力繼續(xù)前移實現(xiàn)完全制動為止。活塞與密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對位移便襯嘗了過量間隙。
小結(jié)
本章闡述了制動器設(shè)計的基本要求及一般原則要求。液壓驅(qū)動機構(gòu)的優(yōu)點，制動管路有五種分路形式。
鼓式制動器可分為：領(lǐng)從蹄式；雙領(lǐng)蹄式；雙向雙領(lǐng)蹄式；雙從蹄式；單向增力式；雙向增力式。
鉗盤式制動器可分為：固定鉗式；滑動鉗式；擺動鉗式，并介紹了各自的優(yōu)點。制動器間隙是通過橡膠密封圈的變形來調(diào)整。
第3章 制動系的主要參數(shù)及其選擇
3.1 制動力與制動力分配系數(shù)
汽車制動時，若忽略路面對車輪的滾動阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對任一角速度的車輪，其力矩平衡方程為
（3-1）
式中：——制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，
——地面作用于車輪上的制動力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動力。其方向與汽車行駛方向相反，N；
——車輪有效半徑，m。
令
（3-2）
并稱之為制動器制動力，它是輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力，因此
又稱為制動周緣力。與地面制動力的方向相反，當(dāng)車輪角速度時，
大小亦相等，且取決于制動器的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的摩擦系
數(shù)與車輪有效半徑等，并與制動踏板力成正比。當(dāng)加大踏板力以加大時
均隨之增大。但地面制動力受附著條件的限制，其值不可能大于
附著力，即
（3-3）
式中：——輪胎與地面間的附著系數(shù)
Z——地面對車輪的法向反力。
當(dāng)制動器制動力和地面制動力達到附著力的值時，車輪即被抱死并在地
面上滑移。此后制動力矩表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與地面制
動力相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動到車輪角速度為0
以后，地面制動力達到附著力力后就不在增大，而制動器制動力由于踏板力
的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升。
如上圖所示汽車在水平路面上制動時的受力情況。對后軸車輪的接地點
取力矩，得平衡式為
(3-4)
對前軸車輪的接地點取力矩，得平衡式為
(3-5)
式中：——汽車制動時水平地面對前軸車輪的法向反力，N；
——汽車制動時水平地面對后軸車輪的法向反力，N；
——汽車軸距，mm；
——汽車質(zhì)心離前軸的距離，mm；
——汽車質(zhì)心離后軸的距離，mm；
——汽車質(zhì)心高度，mm；
M——汽車質(zhì)量，kg；
G——汽車所受重力，N;
——汽車制動減速度，;
根據(jù)上述汽車制動時的整車受力分析，考慮到汽車制動時的軸荷轉(zhuǎn)移及G=mg，則可求得汽車制動時水平地面對前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2分別為
（3-6）
（3-7）
令，q稱為制動強度，則汽車制動時水平地面對汽車前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2又可表達為
（3-8）
若在附著系數(shù)為的路面上制動，前、后軸車輪均抱死，此時汽車總的地面制動力等于汽車前、后軸車輪的總的附著力,亦等于作用于質(zhì)心的制動慣性力，即有
（3-9）
汽車總的地面制動力為
=10815N
汽車在附著系數(shù)為任一確定值的路面上制動時，各軸車輪附著力即極限制動力并非常數(shù)，而是制動強度q或總制動力的函數(shù)。當(dāng)汽車各車輪制動器的制動力足夠時，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，以及前、后車輪制動器制動力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動過程可能出現(xiàn)的情況有3種，即
（1）前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；
（2）后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；
（3）前、后輪同時抱死。
在上述3種情況中，顯然是第（3）種情況的附著條件利用的最好。
由式（3-7），式（3-8）不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時抱死即前、后軸車輪附著力同時被充分利用的條件為
（3-10）
式中：——前軸車輪的制動力；
——后軸車輪的制動力；
——前軸車輪地面制動力；
——后軸車輪地面制動力；
?前后制動器制動力的理想分配關(guān)系式為
??????? （3－11）
通常用前制動器制動力對汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，即制動器制動力分配系數(shù)，它可表示為
????????? （3－12）
因為，所以
（3-13）
整理式（3－4）得
??????????????????????????? （3－14）
3.2 同步附著系數(shù)
具有固定的線與I線的交點處的附著系數(shù),被稱為同步附著系數(shù)。它表示具有固定線的汽車只能在一種路面上實現(xiàn)前、后輪同時抱死。同步附著系數(shù)時由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，它是反應(yīng)汽車制動性能的一個參數(shù)。
同步附著系數(shù)說明，前后制動器制動力為固定比值的汽車，只能在一種路面上，即在同步附著系數(shù)的路面上才能保證前后輪同時抱死。
同步附著系數(shù)也可用解析方法求出。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動，此時汽車前、后輪同時抱死。
? ??????? （3-15）
整理得： ????? （3-16）
(3-17)
初選???則0.69
3.3 制動器的制動力矩
假定襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動器的制動力矩為
（3-18）
式中，f為摩擦因數(shù)；Fo為單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力；R為作用半徑。對于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔?
很大，取R等于平均半徑Rm，或有效半徑Re，在實際上已經(jīng)足夠精確。
如圖3—1，平均半徑為
Rm=( R1+ R2)/2 （3-19）
式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
設(shè)襯塊與制動盤之間的單位壓力為戶，則在任意微元面積RdRdφ上的摩擦力對制動盤中心的力矩為fpR2dRdφ，而單側(cè)制動塊加于制動盤的制動力矩應(yīng)為
單側(cè)襯塊加于制動盤的總摩擦力為
故有效半徑為
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12) （3-20）
可見，有效半徑Re即是扇形表面的面積中心至制動盤中心的距離。上式也可寫成
Re=4/3[1- R1 R2/( R1+ R2)2]( R1+ R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2] Rm
式中，m= R1/ R2
因為m<1，m/(1+m)2<1/4，故Re> Rm，且m越小則兩者差值越大。
應(yīng)當(dāng)指出，若m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處的滑磨速度相差太遠，磨損將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于0．65。
制動盤工作面的加工精度應(yīng)達到下述要求：平面度允差為0．012mm，表面粗糙度為Ra0.7—1.3μm，兩摩擦表面的平行度不應(yīng)大于0．05mm，制動盤的端面圓跳動不應(yīng)大于0．03mm。通常制動盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造。為保證有足夠的強度和耐磨性能，其牌號不應(yīng)低于HT250。
3.4 利用附著系數(shù)與制動效率
汽車制動減速度，其中被稱為制動強度。由前述可知，若汽車在具有同步附著系數(shù)的路面上制動，汽車的前、后輪將同時達到抱死的工況，此時的制動強度。在其他路面上制動時，既不出現(xiàn)前輪抱死也不發(fā)生后輪抱死的制動強度必然小于地面附著系數(shù)，即。就是說，只有在的路面上，地面的附著條件才能被充分地利用。而在的路面上，因出現(xiàn)前輪或后輪先抱死的現(xiàn)象，地面附著條件未被很好地被利用。為了定量說明地面附著條件的利用程度，定義利用附著系數(shù)為
???????????? ,?? （3－21）
設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時剛要抱死時，汽車產(chǎn)生的減速度（或表示為），則由式（3－1）得前輪地面法向反作用力為
????????? （3－22）
前輪制動器制動力和地面制動力為
???????????????????????（3－23）
將式（3－11）和式(3－12)代入式（3－8），則
????????????? （3－24）
同理可推導(dǎo)出后輪利用附著系數(shù)。
后輪剛要抱死時，后輪地面制動力和地面法向反作用力
???????????????? （3－25）
??????????????????????????? （3－26）
將式（3－14）和式(3－15)代入，則
????????????????????????? （3－27）
對于已知汽車總質(zhì)量、軸距、質(zhì)心位置、、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，則可繪制出利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線圖。附著效率是制動強度和利用附著系數(shù)之比。
它是也用于描述地面附著條件的利用程度，并說明實際制動力分配的合理性。根據(jù)附著效率的定義，有
??????????????????????????? （3－28）
??????? ???????????????? （3－29）
式中；和分別時前軸和后軸的附著效率。
小結(jié)
本章主要分析了制動力與制動力分配系數(shù)，同步附著系數(shù)，利用附著系數(shù)與制動效率。對制動器的制動力矩及平均有效半徑進行了初步的計算。
第4章 制動器的設(shè)計計算
4.1 原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù)
裝備質(zhì)量 1091kg
滿載質(zhì)量 1545kg
軸荷分配
滿載時 前軸 818kg
后軸 727kg
質(zhì)心高度
空載時 550mm
滿載時 580mm
軸距 2471mm
前輪距 1429mm
后輪距 1422mm
總長 4415mm
總高 1415mm
質(zhì)心距前軸距離 1112mm
質(zhì)心距后軸距離 1359mm
4.2 盤式制動器主要參數(shù)的確定
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受輪輞直徑的限制。通常，制動盤的直徑D選擇為輪輞直徑的70%~90%。初取318mm。
制動盤直徑為70%～79%輪輞直徑，根據(jù)輪輞提供給制動器的可利用空間，并本著制動盤直徑盡可能大的原則及運動時不發(fā)生干涉。初選制動盤的直徑d＝240mm。
2．制動盤厚度h
制動盤的厚度直接影響著制動盤質(zhì)量和工作時的溫度。為使質(zhì)量不致太大，制動盤厚度應(yīng)取的適當(dāng)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(fēng)散熱，又可在制動盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通常，實心制動盤厚度可取為10mm~20mm;具有通風(fēng)孔道的制動盤的兩工作面之間的尺寸，即制動盤的厚度取為20 mm~50mm，但多采用20 mm~30mm。
本次設(shè)計選擇通風(fēng)式制動盤h=20㎜
3．摩擦襯塊內(nèi)半徑R1與外半徑R2
推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會不均勻，接觸面積將減小，最終導(dǎo)致制動力矩變化大。
根據(jù)制動盤直徑可確定外徑R2=112㎜
考慮到R2/ R1＜1.5，可選取R1=76mm，則R2/ R1=1.47＜1.5
4．摩擦襯塊工作面積
推薦根據(jù)摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/c㎡~3.5kg/c㎡范圍內(nèi)選取。汽車滿載質(zhì)量為1545kg。
所以A選78cm。初選摩擦系數(shù)f =0.3,制動器間隙為0.2mm.
5．摩擦塊磨損均勻性驗證
假設(shè)襯塊的摩擦表面全部于制動盤接觸，而且各處單位壓力均勻，則制動器的制動力矩為
（4-1）
f 為摩擦因素,F0為單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力，R作用半徑
在實際的計算過程中，R值我們?nèi)∑骄礡m就可以了，設(shè)襯塊的與制動盤之間的單位壓力為p,則在任意微元面積RdRdφ 上的摩擦力對制動盤的中心的力矩為fpR2dRdφ,而單側(cè)制動塊加于制動盤的制動力矩應(yīng)為：
（4-2）
單側(cè)襯塊加于制動盤的總摩擦力為：
（4-3）
所以有效半徑：
平均半徑為：
因為│Re -Rm│ =1mm, Rm 和Re 之間相差不大，所以可以得出摩擦襯塊和制動盤之間的單位壓力分布均勻，摩擦塊的磨損較為均勻
4.3 制動力矩與盤的壓力。
假設(shè)摩擦盤完全接觸，而且各處的壓力分布均勻。那么盤式制動器制動力矩為：
單側(cè)制動塊對盤的壓力：
后輪制動器的制動力矩：
同理前輪制動器的制動力矩為210428.4
4.4 制動輪缸直徑的計算
制動輪缸對制動蹄(塊)施加的張開力Fo與輪缸直徑d和制動管路壓力p的關(guān)系為
（4-4）
制動智路壓力一般不超過10—12MPa，對盤式制動器可更高。壓力越高，對管路(首先是制動軟管及管接頭)的密封性要求越嚴格，但驅(qū)動機構(gòu)越緊湊。輪缸直徑d應(yīng)在標(biāo)準規(guī)定的尺寸系列中選取，詳見GB7524—87附錄B表B2。油壓選取：12MPa 所以d=42mm
4.5 緊急制動時踏板力的計算
踏板力： （4-5）
其中：操縱機構(gòu)傳動比，取
制動主缸直徑 mm，
總管路中油壓p＝
真空助力器的增力倍數(shù) k＝4－6，取k＝5。
效率η＝0.82－0.86，取η＝0.84
則
可見踏板力符合法律要求（350－550范圍）。符合法律的要求。而且操縱較為輕便。
4.6 制動踏板行程的計算
制動踏板工作行程 （4-6）
其中：（操縱機構(gòu)傳動比）取4－7；主缸活塞行程：（0.8－1.2），依《機械設(shè)計手冊》（五）。第七章，液壓缸。表37.7－3.取25mm；
主缸推桿與活塞間隙：0.2mm；
主缸活塞空行程： 2mm；
則： mm.
法規(guī)要求不大于150－200mm，故符合法規(guī)。
作用在制動手柄上最大的力，對于乘用車應(yīng)不大于400N，對商用車不大于600N。制動手柄最大行程，對乘用車不大于160mm，對商用車不大于220mm。在這里，因為是乘用車，所以最大踏板形成取為120mm，作用在制動手柄上最大的力取300N，制動手柄最大行程取150mm。
小結(jié)
本章主要是對制動器的主要零部件的尺寸進行了計算，同時又計算出前、后制動器的制動力矩，又對緊急制動時的踏板力進行了審核，制動踏板的行程也進行了估算。
第五章 制動器主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算
5.1 制動盤
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。其結(jié)構(gòu)形狀有平板形（用于全盤式制動器）和禮帽形（用于鉗盤式制動器）兩種。后一種的圓柱部分長度取決于布置尺寸。
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(fēng)槽的雙層盤，這樣可以大大地增加散熱面積，降低溫升約20%～30%，但盤的整體較厚，一般在20 mm～30 mm之間。而不帶通風(fēng)槽的轎車制動盤，其厚度約在10 mm～20 mm之間。
制動盤的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時應(yīng)嚴格控制表面的跳動量、兩側(cè)表面的平行度（厚度差）即制動盤的不平衡量。
5.2 制動鉗
制動鉗由可鍛鑄鐵KTH-370或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，也可做成兩部分并由螺栓連接。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(yīng)有高的強度的剛度。一般多在鉗體中加工出制動油缸，也有將單獨制造的油缸嵌入鉗體中的。為了減少傳給制動液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠在制動塊的背板。有的將活塞開口端部切成階梯狀，形成兩個相對且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面。活塞由鋁合金制造或由剛制造。為了提高其耐磨性能，活塞的工作面進行鍍鉻處理。當(dāng)制動鉗體由鋁合金制造時，減少傳給制動液的熱量則成為必須解決的問題。為此，應(yīng)減小活塞與制動塊背板的接觸面積，有時也可采用非金屬活塞。
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。
5.3 制動塊
制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或連接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形、正方形或長圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動塊面積，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(chǎn)生的熱量傳給制動鉗而引起制動液氣化和減小制動噪聲，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（膠）。由于單位壓力大和工作溫度高等特點，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。一般情況下，輕型汽車的摩擦塊厚度在7.5 mm～16 mm之間，中、重型汽車的摩擦襯塊的厚度在14 mm～22 mm之間。許多盤式制動器裝有摩擦襯塊達到磨損極限時的報警裝置，以便能及時更換摩擦襯塊。
5.4 摩擦材料
制動摩擦材料應(yīng)具有高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)該有好的耐磨性，低的吸水（油、制動液）性，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗拉、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能；制動時應(yīng)不產(chǎn)生噪音、不產(chǎn)生不良氣味，應(yīng)盡量采用污染小和對人體無害的材料。
當(dāng)前在制動器中廣泛采用模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘合劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪音消除劑等混合后，在高溫下模壓而成。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊的規(guī)格模壓，其優(yōu)點是可以選用各種不同的聚合樹脂配