乘用車制動(dòng)設(shè)計(jì)及仿真

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1、緒論 制動(dòng)系的功能 汽車制動(dòng)系是用于使行駛中的汽車減速或停車， 使下坡行駛的汽車的車速保持穩(wěn)定 以及使已停駛的汽車在原地（包括在斜坡上）駐留不動(dòng)的機(jī)構(gòu)。汽車制動(dòng)系直接影響著 汽車行駛的安全性和停車的可靠性。 汽車制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。行車 制動(dòng)裝置用于使行駛中的汽車強(qiáng)制減速或停車，并使汽車下短坡時(shí)保持的適當(dāng)穩(wěn)定車 速。其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常采用雙回路或多回路結(jié)構(gòu)，以保證其工作可靠。 駐車制動(dòng)裝置用于使汽車可靠而無(wú)時(shí)間限制地停駐在一定位置甚至在斜坡上， 它也 有助于汽車在坡路上起步。駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓驅(qū) 動(dòng)，以免其產(chǎn)生故障。

2、 汽車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備以上的功能。 這些功能是設(shè)置在汽車上的一套專門的裝置來(lái)實(shí) 現(xiàn)的。這些裝置是由制動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)組成的。 也就是由供能裝置、 操縱機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器、調(diào)節(jié)制動(dòng)力裝置、 制動(dòng)防抱裝置、 報(bào)警裝置和壓力保護(hù)裝置等組成。 制動(dòng)器的原理介紹 制動(dòng)器就是剎車裝置。 是使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)件停止或減速的機(jī)械零件。 俗稱剎車、 閘。制動(dòng)器主要由制動(dòng)架、制動(dòng)件和操縱裝置等組成。有些制動(dòng)器還裝有制動(dòng)件間 隙的自動(dòng)調(diào)整裝置。為了減小制動(dòng)力矩和結(jié)構(gòu)尺寸，制動(dòng)器通常裝在設(shè)備的高速軸 上，但對(duì)安全性要求較高的大型設(shè)備 （如礦井提升機(jī)、電梯等 ） 則應(yīng)裝在靠近設(shè)備工 作部分的低速軸上。有些制動(dòng)

3、器已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并由專業(yè)工廠制造以供選用。 制動(dòng)器有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后小、易于連 接且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本高而只在一部分重型汽車上用來(lái)做車輪制動(dòng)器或緩 速器。液力式制動(dòng)器只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制 動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同， 分為鼓式、 盤式和帶式三種。 帶式只用作中央制動(dòng)器 制動(dòng)器分類：制動(dòng)器分為行車制動(dòng)器（腳剎） ，駐車制動(dòng)器（手剎） 。 在行車過(guò) 程中，一般都采用行車制動(dòng)（腳剎） ，便于在前進(jìn)的過(guò)程中減速停車，不單是使汽 車保持不動(dòng)。若行車制動(dòng)失靈時(shí)才采用駐車制動(dòng)。當(dāng)車停穩(wěn)后，就要使用駐車制動(dòng) （手剎），防止車輛

4、前滑和后溜。停車后一般除使用駐車制動(dòng)外，上坡要將檔位掛 在一檔（防止后溜） ，下坡要將檔位掛在倒檔（防止前滑） 。 制動(dòng)系分類：①摩擦式制動(dòng)器?？恐苿?dòng)件與運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦力制動(dòng)。②非摩 擦式制動(dòng)器。制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式主要有磁粉制動(dòng)器（利用磁粉磁化所產(chǎn)生的剪力來(lái) 制動(dòng)）、磁渦流制動(dòng)器（通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的大?。┮约八疁u流制 動(dòng)器等。制動(dòng)系統(tǒng)的一般工作原理是，利用與車身 （或車架 ）相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與 車輪 （或傳動(dòng)軸 ）相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。 一個(gè)以內(nèi)圓面為工作表面的金屬制動(dòng)鼓固定在車輪輪轂上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。 在固定不動(dòng)的制動(dòng)底板上，有兩個(gè)

5、支承銷，支承著兩個(gè)弧形制動(dòng)蹄的下端。制動(dòng)蹄 的外圓面上裝有摩擦片。制動(dòng)底板上還裝有液壓制動(dòng)輪缸，用油管與裝在車架上的 液壓制動(dòng)主缸相連通。主缸中的活塞可由駕駛員通過(guò)制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)來(lái)操縱。當(dāng)駕駛 員踏下制動(dòng)踏板，使活塞壓縮制動(dòng)液時(shí)，輪缸活塞在液壓的作用下將制動(dòng)蹄片壓向 制動(dòng)鼓，使制動(dòng)鼓減小轉(zhuǎn)動(dòng)速度，或保持不動(dòng)。使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件停止或減速所必須 施加的阻力矩稱為制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩是設(shè)計(jì)、選用制動(dòng)器的依據(jù)，其大小由機(jī)械 的型式和工作要求決定。制動(dòng)器上所用摩擦材料（制動(dòng)件）的性能直接影響制動(dòng)過(guò) 程，而影響其性能的主要因素為工作溫度和溫升速度。摩擦材料應(yīng)具備高而穩(wěn)定的 摩擦系數(shù)和良好的耐磨性。 摩擦材料分金

6、屬和非金屬兩類。 前者常用的有鑄鐵、 鋼、 青銅和粉末冶金摩擦材料等， 后者有皮革、 橡膠、 木材和石棉等。 課題主要內(nèi)容 為給定基本參數(shù)的汽車設(shè)計(jì)與之相匹配的制動(dòng)器， 合理選擇選擇制動(dòng)器的類型及結(jié) 構(gòu)形式，計(jì)算確定制動(dòng)器的基本參數(shù)以及相應(yīng)的主要零件，使得設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式能 滿足整車的總布置所規(guī)定裝配要求， 繪制相應(yīng)的零件圖。 其具體內(nèi)容如下： 1） 據(jù)課題條件選擇制動(dòng)器結(jié)構(gòu)型式； 2） 制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算和校核； 3） 據(jù)課題條件設(shè)計(jì)制動(dòng)器的主要部分； 4）繪制制動(dòng)器總裝圖； 5）繪制部分主要零件圖； 6）制動(dòng)器主要零件模型的建立； 7）制動(dòng)器熱固耦合分析。 課題研究的目的

7、和意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文是大學(xué)生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜 合性地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問(wèn)題，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)所學(xué)知識(shí) 得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。不少學(xué)生在做完畢業(yè)設(shè)計(jì)后， 感到自己的實(shí)踐動(dòng)手、動(dòng)筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)，去創(chuàng)造的 自信心。 通過(guò)大學(xué)的學(xué)習(xí)，從理論與實(shí)踐上均有了一定程度的積累。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是 對(duì)我們以往所學(xué)的知識(shí)的綜合運(yùn)用與進(jìn)一步的鞏固加深，并對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 的訓(xùn)練與檢驗(yàn)。其目的在于： 1）培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想與工作作風(fēng)； 2）進(jìn)一步培養(yǎng)制圖、繪圖的能力； 3）學(xué)會(huì)分析與評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)系總成的結(jié)構(gòu)

8、與性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及其有 關(guān)參數(shù)； 4）學(xué)會(huì)汽車制動(dòng)器一些主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法以及制動(dòng)系總體布局的 一般方法，以畢業(yè)后從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)； 5）培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。 22 目錄 摘要 I Abstract n 第 1 章 緒論 1 1.1 制動(dòng)系的功能 1 1.2 制動(dòng)器的原理介紹 2 1.3 課題主要內(nèi)容 2 1.4 課題研究的目的和意義 4 第 2 章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形選擇 4 2.1 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 4 2.2 盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 7 2.3 盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 8

9、2.4 該乘用車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇 9 第 3 章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.1 設(shè)計(jì)要求 11 3.2 整車參數(shù) 11 3.3 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 11 3.4 滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.5 校核計(jì)算 18 第4章基于CATIA軟件盤式制動(dòng)器主要零件的設(shè)計(jì) 22 4.1 CATIA 軟件發(fā)展及其在汽車行業(yè)的使用 22 4.2 盤式制動(dòng)器主要零件設(shè)計(jì) 23 4.3 摩擦材料 25 4.4 制動(dòng)器的間隙 26 第5章基于ANSYS勺制動(dòng)盤熱固耦合分析 27 5.1 ANSYS軟件簡(jiǎn)介 27 5.2

10、 制動(dòng)盤有限元模型勺建立 27 5.3 施加邊界約束及制動(dòng)盤溫度場(chǎng)勺計(jì)算與分析 28 5.4 制動(dòng)盤熱應(yīng)力場(chǎng)勺計(jì)算與分析 30 結(jié)束語(yǔ) 33 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 第 2 章 制動(dòng)器勺結(jié)構(gòu)形選擇 2.1 鼓式制動(dòng)器勺結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 鼓式制動(dòng)器是最早形式勺汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣 泛用于各類汽車上。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種 結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器勺摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片勺制動(dòng)蹄，后 者則安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則緊固在前橋勺前梁或后橋橋殼半袖套管勺凸 緣上， 其旋轉(zhuǎn)勺摩擦元件為制動(dòng)鼓

11、。 車輪制動(dòng)器勺制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。 制動(dòng)時(shí)， 利用制動(dòng)鼓勺圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦片勺外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上 產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器勺固定摩擦元件是帶有摩 擦片且剛度較小勺制動(dòng)帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓勺外圓柱表面 與制動(dòng)帶摩擦片勺內(nèi)圓弧面作為一對(duì)摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又 稱為帶式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車勺中央制動(dòng)器， 但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說(shuō) 勺鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。鼓式制動(dòng)器按蹄勺類型分為： （ 1 ）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 如圖 2-1

12、 所示，若圖上方勺旋向箭頭代表汽車前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓勺旋轉(zhuǎn)方向（制動(dòng) 鼓正向旋轉(zhuǎn)） ，則蹄 1 為領(lǐng)蹄，蹄 2 為從蹄。汽車倒車時(shí)制動(dòng)鼓勺旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉?向旋轉(zhuǎn)，則相應(yīng)得使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時(shí) 總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄勺內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄使制動(dòng)器。領(lǐng)蹄所受勺 摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢(shì)作用，故又稱為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的 摩擦力使蹄有離開(kāi)制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有減勢(shì)作用，故又稱為減勢(shì)蹄。增 勢(shì)作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而減勢(shì)作用使從蹄所受的法向反力減小。 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車 時(shí)的制動(dòng)性能

13、不變，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，也便于服裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故這種結(jié) 構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。 圖2-1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 1-領(lǐng)蹄2-從蹄3 （ 4）-支承銷 5-制動(dòng)鼓6-制動(dòng)輪缸 （2 ）雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器， 則稱為雙領(lǐng)蹄使制動(dòng)器 （如圖2-2 所示）。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙 向領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖所示，兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)， 兩套制動(dòng)蹄、 制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng) 鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平

14、面式制動(dòng)器。 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能 大降，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)， 前軸的動(dòng)軸荷及附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。 圖2-2雙領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 1-制動(dòng)輪缸2-領(lǐng)蹄3-支承銷4-制動(dòng)鼓 （3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式 制動(dòng)器（如圖2-3所示）。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車 前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛應(yīng)用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前 后輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)用于駐車制動(dòng)。

15、 圖2-3雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 1-支座2- 制動(dòng)輪缸3-調(diào)整螺母4-回位彈簧 5（ 9）-制動(dòng)蹄6-制動(dòng)鼓7-制動(dòng)底板8-可調(diào)支座 （4）單向增力式制動(dòng)器 單向增力式制動(dòng)器如圖 2-4所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其 上端制動(dòng)地板上的支承銷上，由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居 于一種非平衡式的制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高， 且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它用 于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。 圖2-4單向增力式制動(dòng)器 1-第一制動(dòng)蹄2-支承銷3-制動(dòng)鼓 4-第二制動(dòng)蹄

16、5-頂桿6-制動(dòng)輪缸 (5) 雙向增力式制動(dòng)器 將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支 承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動(dòng)器 (如圖2-5所示)。對(duì)雙向增力式 制動(dòng)器來(lái)說(shuō)不論汽車前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。 雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動(dòng)與 駐車制動(dòng)功用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開(kāi)力進(jìn)行 制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過(guò)鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操 縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用于汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正 向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且

17、駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生高溫， 故其熱衰退問(wèn)題并不突出。 但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下 降。因此，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動(dòng)器。但由于成本低，仍然在 一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。 圖2-5雙向增力式制動(dòng)器 1-前制動(dòng)蹄2-頂桿3-后制動(dòng)蹄 4-輪崗5-支承銷 2.2盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 盤式制動(dòng)器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類 （1）鉗盤式 鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動(dòng)器（見(jiàn)圖 2-6 ）、浮 鉗盤式制動(dòng)器（見(jiàn)圖 2-7

18、）等。 1 ）定鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪相連并 在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其他滑動(dòng)件，易于 保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)鼓式制 動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。 圖2-6定鉗盤式制動(dòng)器 1-制動(dòng)盤2-制動(dòng)塊3-摩擦片 4-油管5-制動(dòng)鉗6-制動(dòng)鉗支架 2）浮鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸， 故軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂；沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，液壓缸 冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性小；成本低；浮動(dòng)盤的制動(dòng)塊可兼用

19、駐車制 動(dòng)。 圖2-7浮鉗盤式制動(dòng)器 1-制動(dòng)盤2-制動(dòng)塊3-摩擦片 4-油管5-制動(dòng)鉗6-制動(dòng)鉗支架 （2）全盤式 在全盤制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦 表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動(dòng)器散熱條件較差， 其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有鉗盤式制動(dòng)器廣泛。 2.3盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 與鼓式制動(dòng)器比較，盤式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)： 1） 熱穩(wěn)定性好。原因是一般無(wú)自行增力作用，襯塊摩擦表面壓力分布較鼓式 中的襯片更為均勻。此外，制動(dòng)鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄中 部接觸，從而降低了制動(dòng)效能，這稱為機(jī)械衰退。制動(dòng)盤的軸向膨脹極小，徑

20、向膨 脹根本與性能無(wú)關(guān)，故無(wú)機(jī)械衰退問(wèn)題。因此，前輪采用盤式制動(dòng)器，汽車制動(dòng)時(shí) 不易跑偏。 2） 水穩(wěn)定性好。制動(dòng)塊對(duì)盤的單位壓力高，易于將水?dāng)D出，因而浸水后效能 降低不多；又由于離心力作用及襯塊對(duì)盤的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一、二次制動(dòng) 即能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需經(jīng)十余次制動(dòng)方能恢復(fù)。 3） 制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)； 4） 易于構(gòu)成雙回路制動(dòng)系，使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性； 5） 尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好； 6） 壓力在制動(dòng)襯塊上分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻； 7） 更換襯塊工作簡(jiǎn)單容易； 8） 襯塊與制動(dòng)盤之間的間隙小 （0.05— 0.15mm），這就縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)

21、時(shí)間； 9） 易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。 2.4 該乘用車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇 摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀又可分為鼓式和盤式兩大類。 因?yàn)楸P式制動(dòng)器的 旋轉(zhuǎn)元件是一個(gè)垂向安放且以兩側(cè)面為工作面的制動(dòng)盤， 其固定摩擦元件一般是位于制 動(dòng)盤兩側(cè)并帶有摩擦片的制動(dòng)塊。當(dāng)制動(dòng)盤被兩側(cè)的制動(dòng)塊夾緊時(shí)，摩擦表面便產(chǎn)生作 用于制動(dòng)盤上的摩擦力矩。盤式制動(dòng)器常用作小型乘用車的車輪制動(dòng)器。而且小型乘用 車質(zhì)量較小，制動(dòng)力矩較小，這里選擇盤式制動(dòng)器為前輪制動(dòng)器。 盤式制動(dòng)器按摩擦副中的固定摩擦元件的結(jié)構(gòu)，分為鉗盤式和全盤式制動(dòng)器兩大 類。一般小型乘用車上大多數(shù)采用鉗盤式制動(dòng)器，這里也選用鉗盤式制動(dòng)器。

22、鉗盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件是兩塊帶有摩擦襯塊的制動(dòng)塊， 后者裝在以螺栓固定 于轉(zhuǎn)向節(jié)或橋殼上的制動(dòng)鉗體中。兩塊制動(dòng)塊之間有作為旋轉(zhuǎn)元件的制動(dòng)盤，制動(dòng)盤是 用螺栓固定于輪轂上。制動(dòng)塊的摩擦襯塊與制動(dòng)盤的接觸面積很小，在盤上所占的中心 角一般僅約30?50,因此這種盤式制動(dòng)器又稱為點(diǎn)盤式制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì) 量小，散熱性較好， 借助于制動(dòng)盤的離心力作用易于將泥水、 污物等甩掉， 維修也方便。 鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為以下幾種： （1）固定鉗式盤式制動(dòng)器 （2）浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器 （3）擺動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器 因?yàn)榛瑒?dòng)鉗式盤式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤的一側(cè)裝油缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于

23、布 置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車 制動(dòng)?；瑒?dòng)鉗由于沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，減少了受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤 的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽較少使冷卻條件較好，另外，單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要 長(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)液溫度比用固定鉗時(shí)低 30 T?50C,氣化的可 能性較小。所以這里所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器形式選用：滑動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器 當(dāng)然，盤式制動(dòng)器也有自己的缺陷。例如對(duì)制動(dòng)器和制動(dòng)管路的制造要求較高，摩 擦片的耗損量較大，成本貴，而且由于摩擦片的面積小，相對(duì)摩擦的工作面也較小，需 要的制動(dòng)液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用。而鼓式制

24、動(dòng)器成本相對(duì)低廉，比 較經(jīng)濟(jì)。所以，汽車設(shè)計(jì)者從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般商用車采用了混合的形式， 前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)。乘用車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通 常占汽車全部負(fù)荷的 70%－80%，因此前輪制動(dòng)力要比后輪大。轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成 本，就采用前輪通風(fēng)盤式制動(dòng)器，后輪非通風(fēng)盤式制動(dòng)器。 盤式制動(dòng)的乘用車中，采用前輪通風(fēng)盤式制動(dòng)是為了更好地散熱，至于后輪采用非 通風(fēng)盤式同樣也是成本的原因。畢竟通風(fēng)盤式的制造工藝要復(fù)雜得多，價(jià)格也就相對(duì)貴 了。 綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)最終確定本次設(shè)計(jì)的1.6 L乘用車采用前輪通風(fēng)浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器, 后輪采用非通風(fēng)浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。

25、第 3 章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)要求 本課題設(shè)計(jì)的乘用車采用滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。 這里主要對(duì)前輪選用的通風(fēng)滑動(dòng)鉗式 盤式制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。要求對(duì)制動(dòng)力、制動(dòng)力分配系數(shù)、制動(dòng)器因數(shù)等進(jìn)行計(jì)算。對(duì)制動(dòng)器主要零件， 如制動(dòng)盤、 摩擦襯片（襯塊）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算并建立模型 利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖和制動(dòng)器的主要零件圖。對(duì)制動(dòng)盤熱固耦合進(jìn)行分析。 3.2 整車參數(shù) 車型： 1.6L 乘用車 基本參數(shù)： 1） 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)型式，最大轉(zhuǎn)矩 155NM,最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速3800r/min ;額 定功率77Kw，額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速 5000 r/min; 2） 軸距： L

26、=2350mm; 3） 最高車速： Vmax=160Km/h； 4） 整備質(zhì)量1200kg，額定載荷500kg。 5） 空載時(shí)汽車的質(zhì)心高度： hg =800mm； 滿載時(shí)汽車的質(zhì)心高度為 hg =930mm； 6） 汽車空載時(shí)的軸荷分配：前軸 60%，后軸 40%；汽車滿載時(shí)的軸荷分配：前軸 52%，后軸 48%； 7） 汽車空載時(shí)質(zhì)心到前后軸的距離： L1= L*0.40=2350*0.40=940mm； 汽車滿載時(shí)質(zhì)心到前后軸的距離： L2= L*0.60=2350*0.60=1410mm ； a=L*0.52=2350*0.52=1222mm； b=L*0.48=2

27、350*0.48=1 1 28m m ； 8）車輪有效半徑0 :選用80系列輪胎，查閱GB/2978_1997, 155/80R13輪輞直 徑為 330mm, 得有效半徑為 re =165mm。 3.3 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 3.3.1 制動(dòng)盤直徑 D 制動(dòng)盤直徑 D 應(yīng)盡可能取大些， 這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得到增加， 可以降低制動(dòng)鉗 的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤的直徑通常選 擇為輪輞直徑的 70％一 79％?？傎|(zhì)量大于 2t 的汽車應(yīng)取上限。 作為一款微型乘用車，滿載時(shí)的總質(zhì)量有 1700kg,我對(duì)該制動(dòng)器制動(dòng)盤的直徑選擇為輪輞直徑的75%

28、，給定的輪胎參數(shù)為：155R13，這就是說(shuō)輪輞直徑為330mm。這里 去制動(dòng)盤的直徑D為輪輞直徑的百分之75%，那么： 制動(dòng)盤直徑：D=ck75%=330< 75%=248mm 式中d—輪輞直徑，C =330mm 3.3.2制動(dòng)盤厚度的選擇 制動(dòng)盤厚度對(duì)制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動(dòng)盤厚度不宜 取得大；為了降低溫度，制動(dòng)盤厚度又不宜取得過(guò)小。制動(dòng)盤可以做成實(shí)心的，或者為 了散熱通風(fēng)的需要在制動(dòng)盤中間鑄出通風(fēng)孔道。 一般實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為10?18mm， 通風(fēng)式制動(dòng)盤厚度取為18?50mm，采用較多的是20?30mm。在高速運(yùn)動(dòng)下緊急制動(dòng)， 制動(dòng)盤會(huì)形成熱變形，產(chǎn)生

29、顫抖。為提高制動(dòng)盤摩擦面的散熱性能，大多把制動(dòng)盤做成 中間空洞的通風(fēng)式制動(dòng)盤，這樣可使制動(dòng)盤溫度降低20 %?30 %。這里采用中間空洞 的通風(fēng)式制動(dòng)盤，h=18 mm厚度。 3.3.3摩擦襯塊內(nèi)半徑Ri和外半徑R2 摩擦襯塊（如圖3-1所示）是指鉗夾活塞推動(dòng)擠壓在制動(dòng)盤上的摩擦材料。摩擦襯 塊分為摩擦材料和底板，兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯 塊外半徑R2與內(nèi)半徑R的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓 周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。因?yàn)橹苿?dòng)器 直徑D等于248mm,則摩擦塊R2=124mm取R2/ R1

30、1.5，所以R1=83mm。 圖3-1摩擦襯塊 3.3.4摩擦襯塊工作面積 對(duì)于盤式制動(dòng)器襯塊工作面積 A,推薦根據(jù)制動(dòng)襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在 1.6 3.5kg/cm 2范圍內(nèi)選用。單個(gè)前輪摩擦塊A 1700 60% 0.5 0.5 127.5cm2,則單個(gè) 2.0 前輪制動(dòng)器A1 =255cm2 ;單個(gè)后輪摩擦塊a2 1700 40% 0.5 0.5 42 5cm2，則單個(gè)后輪 2.0 制動(dòng)器A2=85cm2能夠滿足B的要求。 335摩擦襯塊摩擦系數(shù)f 選擇摩擦片時(shí)不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力 的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高

31、摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降 低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。各 種制動(dòng)器用擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 0.3?0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，摩擦 系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材 料。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于 250T時(shí)，保持摩擦系數(shù)f =0.35?0.40已 無(wú)大問(wèn)題。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。另外，在選擇摩擦材料 時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無(wú)害的材料。所選擇摩擦系數(shù) f =0.35。總結(jié)得到參數(shù) 如表3-1所示 表3-1制動(dòng)器基本參數(shù) 名稱 制

32、動(dòng)盤外徑 (mm) 工作半徑 (mm) 制動(dòng)盤厚度 (mm) 摩擦襯塊厚度 (mm) 摩擦面積 (cm2) 前輪 248 105 25 6 127.5 后輪 248 105 25 6 42.5 3.4滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1同步附著系數(shù)的確定 (1) 當(dāng) 0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) 0時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這是容易發(fā)生后軸策劃而使汽車喪失 方向穩(wěn)定性； (3) 當(dāng) 0時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn) 向能力。 分析表明，汽車在同步系數(shù)為

33、的路面上制動(dòng)(前后輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速 度為du qg g，即q= 0, 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)，達(dá)到 dt 前輪或者后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度 q< 0,這表明只有在 0的路面上，地面的附著條 件才可以得到充分利用。 隨著道路條件的改善和汽車速度的提高， 由于制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的汽車甩尾甚 至掉頭所造成的車禍日益增多。軒常值宜取大些。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取 =0.60。 342前后制動(dòng)力矩分配系數(shù) 的確定 此乘用車前后制動(dòng)器制動(dòng)力為定比值。常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)力之比來(lái) 表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用B表示。由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù),

34、則分配系數(shù)可由下式得到： hg (3-1 ) 得到: ohg b L 0.6 0.93 1.128 235 0.78 (3-2) 3.4.3制動(dòng)因數(shù)的計(jì)算 制動(dòng)器因數(shù)又稱為制動(dòng)器效能因數(shù)，它表示制動(dòng)器的效能，用 BF表示。其實(shí)質(zhì)是 制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩， 用于比較不同結(jié)構(gòu)型式的制 動(dòng)器的效能。制動(dòng)器因數(shù)可以定義為在制動(dòng)盤的作用半徑上所能產(chǎn)生的摩擦力與輸入力 之比，即 (3-3) Tf BF PR 式中，R—制動(dòng)盤的作用半徑；P—輸入力，一般取加于兩制動(dòng)塊的壓緊力。 因?yàn)槲覍?duì)此乘用車制動(dòng)器選用的是鉗盤式制動(dòng)器，

35、設(shè)兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力 均為P，則制動(dòng)盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為 2fP，那么鉗盤式制動(dòng) 器的制動(dòng)器因數(shù)為 2 fP BF 2f (3-4) P 式中，f—盤與制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)，f=0.35。該車前輪制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)為 BF 2fP 2f 2 0.35 0.7 (3-5) 3.4.4制動(dòng)距離的計(jì)算 制動(dòng)距離是制動(dòng)效能的一個(gè)重要指標(biāo)，即 (3-6) S 0.1 2 /150 式中， 為制動(dòng)初速度，在這里取 =80Km/h。 則該車的制動(dòng)距離為 S 0.1 2 /150 50.67m 3.4.5制動(dòng)力的計(jì)算 盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖如

36、圖 3-2所示，對(duì)于常見(jiàn)的具有扇形摩擦表面的襯塊，若 其徑向?qū)挾炔缓艽?，則R等于平均半徑Rm或有效半徑Re，在實(shí)際中已經(jīng)足夠精確。女口 圖3-3所示，平均半徑Rm為： r R1 R2 83 124 Rm 2 2 103.5mm (3-7) 式中，R1、R2 —摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑 圖3-2盤式制動(dòng)器的計(jì)算圖  圖3-3鉗盤式制動(dòng)器的作用半徑計(jì)算圖 有效半徑Re是扇形表面的面積中心至制動(dòng)盤中心的距離， 如下式所示(根據(jù)離合器 設(shè)計(jì)規(guī)范)： Re 2 (R23 R13) 3 __R7) 4[1 m^]Rm 105mm 3 (1m)2 (

37、3-8) 式中，m R1/R2 m 1 因?yàn)閙 1, ―2 -,故Re Rm，m越小，則兩者差值越大。 (1 m) 4 應(yīng)當(dāng)指出，若m過(guò)小，即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大，襯塊摩擦面上各不同半徑處得滑磨 速度相差太遠(yuǎn)，磨損不均勻，因?yàn)閱挝粔毫Ψ植季鶆蜻@一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì) 算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于0.65。 假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動(dòng)器的制 動(dòng)力矩為 (3-9) M 2fFoR 式中，f —摩擦因數(shù)；Fo —單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；R—作用半徑 對(duì)于前制動(dòng)器 M卩94.5N/m 所以, Fo 2fR

38、 94.5 2 0.35 0.1035 1304N 對(duì)于后制動(dòng)器 Mp 80.5N/m 所以, Fo 2fR 70.5 2 0.35 0.1035 973N 3.4.6最大制動(dòng)力矩的計(jì)算 最大制動(dòng)力矩是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的， 這時(shí)制動(dòng)力與地面作 用于車輪的發(fā)向力乙、Z2成正比。 對(duì)于常遇到的道路條件較差、車速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù) 值的汽 車，為了保證在 > 0的良好路面上能夠制動(dòng)到后軸車輪和前軸車輪先后抱死滑移， 前、 后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為 flmax G(L2 qHg) re L

39、(3-10) f 2max fl max (3-11) 對(duì)于常遇到的道路條件較好、車速較高因而選取了較大的同步附著系數(shù) 0值的汽 車，應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。在 < 0的良好 路面上，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度q〈，所以所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為 T f 2 max GJ qHg) l L f1 max "" Tf 2 max 1 (3-12) (3-13) 式中， 一該車所能遇到的最大的附著系數(shù)。 對(duì)于本設(shè)計(jì)乘用車來(lái)說(shuō)，它通常是在較好的路面上行駛，所以它適用第二種情況, 這里可以取 =0.9 o 由此可知單個(gè)制動(dòng)器

40、所需要提供的最大制動(dòng)力 Fmax和最大制動(dòng)力矩Tmax為： Fmax F0 1304N Tmax Fmax ： 1304 0.93 1213N m 3.4.7應(yīng)急制動(dòng)和駐車制動(dòng)所需制動(dòng)力矩的計(jì)算 1）應(yīng)急制動(dòng) 應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，后輪一般將抱死滑移，故后橋制動(dòng)力為: (3-14) F F magL1 FB2 F 2 . . L hg 此時(shí)所需的后橋制動(dòng)力矩為： magL1 L hg 1700 10 1222 2350 0.6 0.93 0.6 165 1568387.097N m 現(xiàn)用后輪制動(dòng)器作為應(yīng)急制動(dòng)器, 則單個(gè)后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為: FB

41、2re/2=784193.548N m 2）駐車制動(dòng) 汽車上坡停駐時(shí)，后橋附著力為: F2 L1 hg mag ( cos sin ) (3-15) 汽車在下坡停駐時(shí)，后橋附著力為: F2 mag fcos hgsin ) L (3-16) 汽車可能停駐的極限上坡路傾角 1，可根據(jù)后橋上的附著力與制動(dòng)力矩相等的條件得: mag (^cos hgsin ) L magsin 1 (3-17) 所以: arctan— L 」arctan 6 1222 22.25 hg 2350 0.6 930 1是保證汽車上坡行駛的縱向穩(wěn)定性

42、的極限坡路傾角。 同理可推出汽車可能停駐的 極限下坡路傾角為: 1 arctan 亠 arctan 6 1222 14.15 L hg 2350 0.6 930 在安裝制動(dòng)器的空間時(shí)，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力源等條件允許的范圍內(nèi)，應(yīng)力求后橋上駐車制 動(dòng)力矩接近由1所確定的極限值： magresin 1 1700 10 165 sin22.25 1062109.372N mm , 并保證下坡路上停駐的坡度不小于法規(guī)的規(guī)定值。 3.5校核計(jì)算 3.5.1摩擦襯塊磨損特性的校核 摩擦襯塊的磨損受溫度，摩擦力，滑磨速度，制動(dòng)盤的材質(zhì)及加工景況，以及襯塊 本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計(jì)算磨

43、損特性極為困難。但試驗(yàn)表明，影響 磨損的最重要因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。 從能量的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，汽車制動(dòng)過(guò)程即是將汽車的機(jī)械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳?的過(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)了汽車全部動(dòng)能耗散的任 務(wù)。此時(shí)，由于制動(dòng)時(shí)間很短，實(shí)際上熱量還來(lái)不及逸散到大氣中就被制動(dòng)器所吸收， 致使制動(dòng)器溫度升高。這就是所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，貝U襯片（襯塊）的磨損越嚴(yán)重。對(duì)于盤式制動(dòng)器的襯塊，其單位面積上的能量負(fù)荷比鼓式制動(dòng)器襯片大 許多，所以制動(dòng)盤表面溫度比制動(dòng)鼓的高。 各種汽車的總質(zhì)量及其制動(dòng)襯片（襯塊）的摩擦面積各不相同，因而有必要用一種 相對(duì)的量作為評(píng)

44、價(jià)能量負(fù)荷的指標(biāo)。目前，各國(guó)常用的指標(biāo)是比能量耗散率，即單位時(shí) 間內(nèi)襯片（襯塊）單位面積耗散的能量，通常所用的計(jì)算單位為 W/mm2。比能量耗散 率有時(shí)也稱為單位功負(fù)荷，或簡(jiǎn)稱能量負(fù)荷。雙軸汽車的單個(gè)前輪及后輪制動(dòng)器的比能 量耗散率分別為 ei ma(V12 v) 4tA e2 ma(V； v；) 4tA2 2 2 V1 v2 j (3-18) (3-19) (3-20) 式中，ma —汽車總質(zhì)量； —汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù); Vi、v —制動(dòng)初速度和終速度（m/s）; j —制動(dòng)減速度（m/s2）； t為制動(dòng)時(shí)間（s）; Ai、A2 —前、后制動(dòng)器襯

45、片（襯塊）的摩擦面積（mm2）； —制動(dòng)力分配系數(shù) 在緊急制動(dòng)到停車的情況下，V2=0，并可認(rèn)為 =1，故 2 (3-21) maV1 4tA 6| 2 maV1 4tA2 (1 (3-22) 乘用車的盤式制動(dòng)器在V1=100km/h（27.8m/s）和j=0.6g的條件下，比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0W/mm2。 t=27.8/6=4.63(s) 前輪襯塊的摩擦特性： 2 1700 27.82 0.78 2 2 e1 2.46(W/mm ) 6.0W/mm 4 4.63 22500 后輪襯塊的摩擦特性： 2 e2 1700 27.

46、8 022 1.84(W/mm2) 6.0W/mm2 4 4.63 8500 由上面計(jì)算結(jié)果看出摩擦襯塊磨損在規(guī)定范圍內(nèi)， 符合技術(shù)要求。 3.5.2制動(dòng)器的熱容量和溫升的校核 應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件： （叱叫5） t Q (3-23) 式中，md —各制動(dòng)鼓（盤）的總質(zhì)量； mh —與各制動(dòng)鼓（盤）相連的受熱金屬件（如輪轂、輪輻、輪輞、制動(dòng)鉗體等）的 總質(zhì)量； Cd —制動(dòng)鼓（盤）材料的比熱容，對(duì)鑄鐵c=482J/（kg ?），對(duì)鋁合金c=880J/（kg ?）; Ch —與制動(dòng)鼓（盤）相連的受熱金屬件的比熱容； t —制動(dòng)鼓（盤）的溫升（一次由

47、Va=30km/h到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，溫升不應(yīng)超 過(guò) 15C）; Qi —滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過(guò)程迅速，可以認(rèn)為制后制動(dòng)器, 2 Va Qi ma —— 2 2 Va Q2 ma (1 ) 2 (3-24) (3-25) 式中，ma —滿載汽車總質(zhì)量； Va —汽車制動(dòng)時(shí)的初速度，可取 Va Vamax ； —汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。 以Va =30km/h （8.33m/s）， 取滿載時(shí)的值 =0.78來(lái)計(jì)算，t=15C,則 ma Va 2 =1700>8.33 833 078/2=46004.84 2 2 md 2 i{

48、 [(Di/2) (D2/2)]Hi AH2} 2 2A3H 3 =287.8 >3.14 > ( 24.8/ 2) 2- (I6.6/2) 2] 8I.8+ I27.5 iX2}+2 >6.45 為27.5 >0.6=8608g 式中，i —為鑄鐵、鋼的密度（7.8g/cm3）； 2i 2 —粉末冶金摩擦材料的密度(6.45g/cm3); Di —制動(dòng)盤直徑，取 Di=248mm； D2—制動(dòng)盤圓柱外徑，取 D2=166mm； Hi—制動(dòng)盤厚度，取 H2—制動(dòng)塊厚度，取 H3—摩擦片厚度，取 & 33 2 Q Q1 1700 1 2 Hi=18mm； H2=1

49、2mm； H3=6mm。 0.78 46004 J 由mdCd t =8.608 482X15=62236J>q可知，制動(dòng)器的熱容量符合溫升核算的要求。 3.5.3盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的校核 今假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制 動(dòng)器的制動(dòng)力矩為 Tf 2fNR (3-26) 式中，f為摩擦系數(shù)；R為作用半徑；N為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓力 在制動(dòng)塊任一單元面積RdRd上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤中心的力矩為 fqR2dRd ，式中 q為襯塊與制動(dòng)盤之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力為 r2 2 2 3 3 fqR dRd

50、fq(R2 R1 ) R1 (3-27) fN 單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤的總摩擦力為 R2 fqRdRd R, fq(R； R12) (3-28 ) 得有效半徑為: Re Tf 2fN R； R13 R； R12 R1R2 2 (R1 R2) ]( T)令tm，則有: Re m^]Rm=105mm (1 m) 40 因 m & 1， J 1，故 Re Rm。當(dāng) R1 R2，m 1，Re Rm。 R2 (1 m) 4 但當(dāng) m 小，即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大， 襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太 大，磨損將不均勻， 因而單

51、位壓力分布將不均勻， 則上述計(jì)算方法失效。 制動(dòng)輪缸中的液壓 P,在考慮制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置作用的情況下，其值一般為 P=8? 12Mpa,制動(dòng)管路液壓在制動(dòng)時(shí)一般不超過(guò) 10?12Mpa,對(duì)盤式制動(dòng)器可再高些，因此 這里取P=10Mpa來(lái)計(jì)算制動(dòng)輪缸工作面積： S=nd32/4=3.14 0.048 %.048/4=0.0018nf 式中，d3—活塞的直徑，取 d3=48mm。 單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力： N=PS=1000000.0 0.0018=18000N 單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩 Tf =2fNRm=. 0.35 X8000X).1035=1304.1N mm Tf Tmax=1

52、213 N mm,符合制動(dòng)力矩要求。 第 4 章 基于 CATIA 軟件盤式制動(dòng)器主要零件的設(shè)計(jì) 4.1CATIA 軟件發(fā)展及其在汽車行業(yè)的使用 CATIA 是 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，位居世界 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位， 廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子 /電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成 解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的 DMU 電子樣機(jī)模塊功能及混合建 模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。 CATIA 提供方便的解決方案， 迎合所有 工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。 包括:從大型的波音 747 飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品 的包

53、裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò) 13000 的用戶在使用共 13 萬(wàn)套以上的 CATIA 為其工作，大到飛機(jī)、載人飛船和汽車，小到螺絲釘和釣魚(yú)桿， CATIA 可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用定制完全適合本企業(yè)的解決方案。 CATIA 源于航空航天業(yè)， 但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 CATIA 的 著名用戶包括在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位一大批知名企業(yè)， 如波音、克萊斯勒、 寶馬、奔馳等。 在中國(guó)， CATIA 也得到了廣泛的應(yīng)用。哈爾濱、沈陽(yáng)、西安、成都、 景德鎮(zhèn)、上海、貴陽(yáng)等都選用 CATIA 做為其核心設(shè)計(jì)軟件。包括一汽集團(tuán)、一汽大

54、眾、 沈陽(yáng)金杯、上海大眾、北京吉普、武漢神龍?jiān)趦?nèi)的許多汽車公司都選用 CATIA 開(kāi)發(fā)他 們的新車型。 CATIA 是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)， 是歐洲、 北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系 統(tǒng)。CATIA在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和 制造提供了端對(duì)端（end to end）的解決方案。CATIA涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng) 域。 CATIA 的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 一級(jí)方程式賽車、跑車、轎車、卡車、商用車、有軌電車、地鐵列車、高速列車， 各種車輛在 CATIA 上都可以作為數(shù)字化產(chǎn)品，在數(shù)字化工廠內(nèi)，通過(guò)數(shù)字化流程，進(jìn) 行數(shù)字化

55、工程實(shí)施。 CATIA 的技術(shù)在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)是無(wú)人可及的， 并且被各國(guó)的汽車 零部件供應(yīng)商所認(rèn)可。 從近來(lái)一些著名汽車制造商所做的采購(gòu)決定， 如 Renault、 Toyota、 Karman、Volvo、Chrysler等，足以證明數(shù)字化車輛的發(fā)展動(dòng)態(tài)。 Scania是居于世界領(lǐng) 先地位的卡車制造商，總部位于瑞典。其卡車年產(chǎn)量超過(guò) 50， 000 輛。當(dāng)其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 的卡車零部件還在25，000個(gè)左右時(shí)，Scania公司借助于CATIA系統(tǒng)，已經(jīng)將卡車零 部件減少了一半。現(xiàn)在，Scania公司在整個(gè)卡車研制開(kāi)發(fā)過(guò)程中，使用更多的分析仿真， 以縮短開(kāi)發(fā)周期，提高卡車的性能和維護(hù)性。 CA

56、TIA 系統(tǒng)是 Scania 公司的主要 CAD/CAM 系統(tǒng)，全部用于卡車系統(tǒng)和零部件的設(shè)計(jì)。通過(guò)應(yīng)用這些新的設(shè)計(jì)工具，如 發(fā)動(dòng)機(jī)和車身底盤部門 CATIA 系統(tǒng)創(chuàng)成式零部件應(yīng)力分析的應(yīng)用，支持開(kāi)發(fā)過(guò)程中的 重復(fù)使用等應(yīng)用，公司已取得了良好的投資回報(bào)?，F(xiàn)在，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能， Scania 公司在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，正在推廣設(shè)計(jì)師、分析師和檢驗(yàn)部門更加緊密地協(xié)同工 作方式。 這種協(xié)調(diào)工作方式可使 Scania 公司更具市場(chǎng)應(yīng)變能力， 同時(shí)又能從物理樣機(jī)和 虛擬數(shù)字化樣機(jī)中不斷積累產(chǎn)品知識(shí)。 4.2 盤式制動(dòng)器主要零件設(shè)計(jì) 4.2.1 制動(dòng)盤 制動(dòng)盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，其結(jié)構(gòu)形

57、狀有平板形 （用于全盤式制動(dòng)器 ）和禮帽 形（用于鉗盤式制動(dòng)器 ）兩種。后一種的圓柱部分長(zhǎng)度取決于布置尺寸。為了改善冷卻， 有的鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可大大增加散熱面積，但 盤的整體厚度較大（見(jiàn)圖4-1） 制動(dòng)盤的工作表面應(yīng)光滑平整。兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.008mm,盤面擺差不 應(yīng)大于0.1mm。 圖4-1制動(dòng)盤 3 5 3 a n n 4.2.2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，可做成整體的，也可做成兩半并由螺栓連接（見(jiàn)圖 4-2）。其外緣留有開(kāi)口，以便不 必拆下制動(dòng)鉗便可

58、檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。一般多在鉗體中 加工出制動(dòng)油缸，也有將單獨(dú)制造的油缸裝嵌入鉗體中的。 為了減少傳給制動(dòng)液的熱量, 多將杯形活塞的開(kāi)口端頂靠制動(dòng)塊的背板。有的活塞的開(kāi)口端部切成階梯狀，形成兩個(gè) 相對(duì)且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面?；钊设T鋁合金或鋼制造。為了提高耐磨損性 能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。當(dāng)制動(dòng)鉗體由鋁合金制造時(shí)，減少傳給制動(dòng)液的熱 量成為必須解決的問(wèn)題。為此，應(yīng)減小活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積，有時(shí)也可采用非 金屬活塞。 |Q|)S4hk|i ［幾砂猱I .i-i- ■ —■■:■- rF 凸甘.1 耐I nJ 3 4 i 1 3 rd

59、 松冷碁曲Ktt:l23.15?r; u.aln J3冋乩IB■門■凸 圖4-2制動(dòng)鉗 423制動(dòng)塊 制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起見(jiàn)圖（4-3）。襯塊多為扇面形, 也有矩形、正方形或長(zhǎng)圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角 而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。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。 birfk pdds -＞；y7 vS 丄-蟋期.4 J宀倒證J. 圖4-3制動(dòng)塊 將制動(dòng)器所有零件在 CATIA V4進(jìn)行裝配，得到制動(dòng)器的三維圖（見(jiàn)圖 4-4）,然后 生成二維工程圖（見(jiàn)圖4-5）

60、rotor disc (rotcx 山、i丄： hub and studO (hub and studsl .1) Break C^lippr ^Rrpflk Cali pfT.1i Caliper Mount (Caliper Mcunt l brdk pdds (brdk pdds.li brak p^ds Obr^k pads,?) Mounting Bolt "Mounting Boh l Lluuntiiig Bolt (Mounting 圖4-4制動(dòng)器總裝三維圖 ^Applir atinris 圖4-5制動(dòng)器總裝二維圖 1-螺紋孔 2-制動(dòng)盤總成3-制動(dòng)鉗支架4-制動(dòng)

61、鉗 5-防塵罩6-活塞缸7-制動(dòng)鉗活塞 8 (9)-制動(dòng)塊總成 4.3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，不能在溫度升到某一 數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊 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。 目前在制動(dòng)器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹(shù)脂粘結(jié)劑、調(diào)整 摩擦性能的填充劑 （由無(wú)機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹(shù)脂等配成 ）與噪聲消除劑（主要成分為石墨 ） 等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)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(shù)脂配料，

62、使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能和其他 性能。 另一種是編織材料，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(shù) 脂粘合劑經(jīng)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(dòng)蹄或制動(dòng) 帶上。在100C?120C溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)（f =0.4以上），沖擊強(qiáng)度比模壓 材料高4?5倍。但耐熱性差，在200E?250E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(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。 粉末冶金摩擦材料是以銅粉或鐵粉為主要成分 （占質(zhì)量的 60％? 80％），加上石墨、 陶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

63、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。 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。 4.4 制動(dòng)器間隙 制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤）與摩擦襯片 （摩擦襯塊）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9 動(dòng)器的為0.1?0.3mm。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)

64、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。另外，制動(dòng)器在工作過(guò)程中會(huì)因?yàn)槟Σ烈r片 （襯塊）的 磨損而加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 第5章基于ANSYS勺制動(dòng)盤熱固耦合分析 5.1ANS YS軟件簡(jiǎn)介 ANSYS 是美國(guó) ANSYS 公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)勺大型通用有限元計(jì)算軟件，是一個(gè)融結(jié)構(gòu)、 熱、流體、電、磁。聲學(xué)于一體勺大型通用有限元軟件。作為目前最流行勺有限元軟件 之一，它具備功能強(qiáng)大、兼容性好、使用方便、計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為了工程師們開(kāi) 發(fā)設(shè)計(jì)勺首選，并廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、 汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工

65、程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué) 研究領(lǐng)域。其特點(diǎn)如下： 1） 能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析 2） 能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一前處理、求解、后處理及多場(chǎng)分析數(shù)據(jù)庫(kù)勺大型 FEA 軟件 3） 具有多物理場(chǎng)優(yōu)化功能勺 FEA 軟件 4） 較為強(qiáng)大勺非線性分析功能 5） 多種求解器分別適用于不同勺問(wèn)題及不同勺硬件配置 6） 支持異種、異構(gòu)平臺(tái)勺網(wǎng)絡(luò)浮動(dòng)，在異種、異構(gòu)平臺(tái)上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文 件全部兼容 7） 強(qiáng)大勺并行計(jì)算功能支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行 8） 多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù) 9） 良好勺用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境 5.2 制動(dòng)盤有限元模型勺建立 本課題設(shè)計(jì)勺制動(dòng)盤為雙摩擦面帶中間散熱筋板

66、勺通風(fēng)式制動(dòng)盤。 在有限元計(jì)算分 析時(shí)為提高計(jì)算效率，在計(jì)算過(guò)程中對(duì)模型做了必要勺簡(jiǎn)化處理，最后選為單摩擦面施 加對(duì)稱約束并進(jìn)行有限元計(jì)算。制動(dòng)盤和制動(dòng)片單元類型選用實(shí)體單元 SOLID5 。該問(wèn) 題屬于摩擦生熱為題，選擇CONTA173接觸單元和TARGE170目標(biāo)單元生成接觸對(duì)。模 型材料特性參數(shù)見(jiàn)表 5-1 。制動(dòng)盤勺幾何三維模型見(jiàn)圖 5-1 。對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng) 格后勺有限元模型見(jiàn)圖 5-2 所示。 表5-1制動(dòng)器模型材料的特性參數(shù) 特性參數(shù) 制動(dòng)盤 制動(dòng)片 熱導(dǎo)率 /(W m 1 K 1) 48.46 1.212 密度 /(kg m3) 7228 2595 比熱容 c/(J kg 1 K 1) 419 1465 熱膨脹系數(shù)a/K 1 -6 11x10 -4 30x10 彈性模量E/GPa 175 1.5 泊松比 0.3 0.25 5.3施加邊界約束及制動(dòng)盤溫度場(chǎng)的計(jì)算分析 熱分析模型邊界條件的確定是溫度場(chǎng)分析的關(guān)鍵所在， 本文采用理論推導(dǎo)與實(shí)際分 圖5-1制動(dòng)盤的幾何三維模型圖 圖5-2戈U分網(wǎng)格后