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河南理工大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè) 計 題 目： 汽車制動器設(shè)計
學(xué) 生：
指 導(dǎo) 教 師：
專 業(yè)：
學(xué) 號：
河南理工大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目名稱
汽車制動器設(shè)計
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
一、 選題的目的和意義：
隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行駛安全、停車可靠，汽車制動系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性能良好。制動器工作可靠的汽車才能充分發(fā)揮動力性能。汽車的制動系是汽車行車安全的保證，許多制動法規(guī)對制動系提出了許多詳細而具體的要求，這是我們設(shè)計的出發(fā)點。而一個制動系的主要部件就是制動器，這就是預(yù)示著制動器的性能能不能滿足制動系的需要尤為重要，因此制動器的研發(fā)和設(shè)計對于汽車行業(yè)的發(fā)展非常重要，尤其是對于車流量較大的地區(qū)或城市更顯得必要。
選題的目的在于，結(jié)合實際問題，對汽車制動系的工作工作方法進行研究分析，
探尋各種環(huán)境狀況下的汽車制動器的工作性能，從而選擇出比較好的制動器設(shè)計方法
將制動系的，工作性能發(fā)揮出來，并結(jié)合其社會和經(jīng)濟效益，確定出比較好的設(shè)計方案
二、 國內(nèi)外研究綜述：
現(xiàn)代汽車制動器的發(fā)展起源于原始的機械控制裝置，最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力，那時的汽車重量比較小，速度比較低，機械制動已經(jīng)能夠滿足汽車制動的需要，但隨著汽車自身重量的增加，助力裝置對機械制動器來說越來越顯得非常重要。從而開始出現(xiàn)了真空助力裝置。1932年生產(chǎn)重量為2860kg的凱迪拉克V16車四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動器，并有制動踏板控制的真空助力裝置。林肯公司也于1932年推出V12轎車，該車采用通過四根軟索控制真空助力器的鼓式制動器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。DuesenbergEight車率先使用了轎車液壓制動器，克萊斯勒的四輪液壓制動器于1924年問世，美國通用汽車公司和福特汽車公司分別于1934年和1939年采用了液壓制動技術(shù)。到20世紀(jì)50年代，液壓助力制動器才成為現(xiàn)實。經(jīng)過80多年的發(fā)展，液壓制動技術(shù)是如今最成熟、最經(jīng)濟的制動技術(shù)，并應(yīng)用在當(dāng)前絕大多數(shù)乘用車上。汽車液壓制動系統(tǒng)可以分為行車制動、輔助制動、伺服制動等，主要制動部件包括制動踏板機構(gòu)、真空助力器、制動主缸、制動軟管、比例閥、制動器和制動警示燈等。在制動系統(tǒng)，真空助力器、制動主缸和剎車制動器是最為重要的部分，另外，汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）也已經(jīng)成為電子制動的標(biāo)準(zhǔn)配置。
真空助力器總成
現(xiàn)在汽車配套出于安全可靠方面的考慮，真空助力器往往和制動主缸一起形成真空助力器總成給車型配套。從中國汽車工業(yè)協(xié)會每年統(tǒng)計的20多家國內(nèi)主要真空助力器總成生產(chǎn)企業(yè)來看，伴隨著2000年以來我國汽車產(chǎn)量的發(fā)展，我國汽車真空助力器總成也獲得了較快的發(fā)展，產(chǎn)量從2000年的193.89萬套發(fā)展到2007年的650萬套。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，2004年我國平均每套真空助力器總成的價格是270元，2004年我國乘用車產(chǎn)量315萬輛，粗略計算我國真空助力器總成2004年的市場需求規(guī)模在8.6億元。2007年我國乘用車產(chǎn)量638萬輛，但真空助力器總成的配套價格有所降低，約在250元左右，因此，2007年真空助力器的市場需求規(guī)模在16億元左右。
鼓式制動器總成
目前，國內(nèi)主要從事鼓式制動器總成的企業(yè)有萬向錢潮、亞太機電、重慶紅宇等一些企業(yè)。2004年前八家企業(yè)產(chǎn)量集中度達到85.4%。隨著近幾年汽車盤式制動器的發(fā)展，液壓鼓式制動器目前只在一些比較低檔的經(jīng)濟型轎車上在使用。根據(jù)慧聰汽車市場研究所最新的統(tǒng)計表明，2008年1～7月，我國乘用車中剎車制動器用鼓式制動器只占20%，并且鼓式制動器目前已經(jīng)徹底退出前輪制動。目前鼓式制動器只有在商用車上還占有絕大的比例，采用的是氣壓鼓式制動系統(tǒng)。
盤式制動器總成
2000年以來，我國盤式制動器市場需求增長速度發(fā)展非?？臁闹袊嚬I(yè)協(xié)會統(tǒng)計的情況來看，2000年我國盤式制動器的產(chǎn)量只有57.58萬套，到2004年迅速增長到468.72萬套，增長7倍多，年平均增長率高達68.9%，2007年增長至1000萬套。過去5年里，我國盤式制動器應(yīng)用的增長非常迅速。國內(nèi)從事盤式制動器的企業(yè)近年來也逐漸在增多，目前主要生產(chǎn)企業(yè)有亞太機電、重慶紅宇、萬向錢潮、浙江萬安等企業(yè)。亞太機電一直是我國盤式制動器產(chǎn)量最大的企業(yè)。
三、 畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
理論研究法：對于制動系統(tǒng)和制動器工作原理進行學(xué)習(xí)研究，鞏固對制動系統(tǒng)知識的理解和掌握，增強自己分析問題和解決問題的能力
對比分析法：通過對制動器的幾種設(shè)計原理的分析，結(jié)合實習(xí)需要和相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，以及社會和經(jīng)濟效益，選擇較優(yōu)的設(shè)計實施方案。
參與實踐驗證法：在焦作汽車大修廠進行實際的制動器拆卸安裝和實際考察，對選定設(shè)計方案進行對比，進行實踐驗證，增加說服力
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
《汽車構(gòu)造》陳家瑞 ，人名交通出版社，2008年
《汽車設(shè)計》劉惟信 ，清華大學(xué)出版社，2001年
《機械設(shè)計》程光蘊 ，高等教育出版社，2004年
《機械原理》張春林 ，高等教育出版社，2005年
《汽車設(shè)計》王望予 ，機械設(shè)計出版社.2000
《汽車構(gòu)造》陳家瑞 ，機械工業(yè)出版社.2000
文獻：《國外汽車制動器襯片摩擦系數(shù)標(biāo)志與識別》
五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排（按周說明）
第10周（3月29日——4月3日）撰寫開題報告，整理已有文獻資料。
第11周（4月7日——4月13日）撰寫論文提綱，確定文章框架結(jié)構(gòu)。
第12周（4月14日——4月23日）完成正文部分，形成初稿。
第13周（4月24日——4月27日）根據(jù)指導(dǎo)教師意見，對初稿進行修改。
第14周（4月27日——5月1日）根據(jù)指導(dǎo)教師意見，對論文進行再次完善。
第15周（5月2日——5月5日）論文定稿，裝訂成冊。
六、 指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
6
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計
摘??? 要
? 汽車制動系統(tǒng)是汽車最重要的主動安全系統(tǒng)，制動器則是制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其性能好壞直接影響汽車的安全。盤式制動器作為鼓式制動器的替代產(chǎn)品，具有熱穩(wěn)定性好、反應(yīng)靈敏等優(yōu)勢，但是盤式制動器本身也存在一些問題，并且鼓式制動器存在的一些問題，雖然盤式制動
器有一定程度改善，但并未得到完全解決，如熱衰退、制動噪聲等。
? 本文開篇闡明了盤式制動器發(fā)展與現(xiàn)狀，然后是設(shè)計的背景，性質(zhì)及任務(wù)。通過對轎車盤式制動器的深入學(xué)習(xí)和設(shè)計實踐，主要是對轎車盤式制動器的零部件結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計計算，更好地學(xué)習(xí)并掌握盤式制動器的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計計算的相關(guān)知識和方法。介紹了盤式制動器的各種
類型，性能等，分析了盤式制動器和摩擦襯片的特性.
? 關(guān)鍵詞：盤式制動器; 設(shè)計； 性能分析
Abstract
? Automobile brake system is the most important initiative safety system, brake is the enforcer of brake system, whose performance affects the vehicle’s safety directly. As the substitution of drum brake, disc brake has advantages of fine thermal stability, delicate feedback, and so on. But it also has some defects, and though the problems of drum brake have been
improved, they are not resolved completely, such as thermal fade and brake noise.
? This paper illustrated disc brake’s development at beginning, then the design’s background, quality and mission. Through the disc brake in-depth study and design practice, mainly for car’s disc brake structure selection and design calculation, can better study and master the disc brake structure and working principle and the related knowledge and methods. Introduce the brake disc’s kind and performance. Analyze the disc brake and rub linings’
behavior.?
Key words: disc brake; design; Performance Analysis
目錄
摘??? 要 1
Abstract 2
前 言 5
1緒論 6
1.1 制動系統(tǒng)設(shè)計的意義 6
1.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 6
1.3 本次制動系統(tǒng)應(yīng)達到的目標(biāo) 7
2制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 8
2.1 制動器形式方案分析 8
2.1.1 鼓式制動器 8
2.1.2 盤式制動器 13
2.2 制動驅(qū)動機構(gòu)的機構(gòu)形式選擇 14
2.2.1 簡單制動系 15
2.2.2 動力制動系 15
2.2.3 伺服制動系 17
2.3 液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇 17
2.4 液壓制動主缸的設(shè)計方案 19
3盤式制動器概述 22
3.1盤式制動器原理及特點 22
3.2 盤式制動器的主要元件 24
3.2.1制動盤 24
3.2.2制動摩擦襯塊 25
3.3 盤式制動器操縱機構(gòu) 26
4制動系統(tǒng)設(shè)計計算 27
4.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 27
4.1.1 相關(guān)主要參數(shù) 27
4.1.2 同步附著系數(shù)的分析 28
4.1.3 地面對前、后輪的法向反作用力 28
4.2 制動器有關(guān)計算 29
4.2.1 確定前后制動力矩分配系數(shù) 29
4.2.2 制動器制動力矩的確定 30
4.2.3 盤式制動器主要參數(shù)確定 31
4.2.4 盤式制動器的制動力計算 33
4.3 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
5液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算 37
5.1 前輪制動輪缸直徑的確定 37
5.2 制動主缸直徑的確定 37
5.3 制動踏板力和制動踏板工作行程 39
第6章 制動性能分析 41
6.1 制動性能評價指標(biāo) 41
6.2 制動效能 41
6.3 制動效能的恒定性 41
6.4 制動時汽車方向的穩(wěn)定性 42
6.5 制動器制動力分配曲線分析 43
6.6 制動減速度和制動距離S 44
6.7 摩擦襯塊的磨損特性計算 45
7總結(jié) 48
參考文獻 50
致 謝 51
前 言
汽車的設(shè)計與生產(chǎn)涉及到許多領(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。隨著汽車的形式速度和路面情況復(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)容就是關(guān)于制動器的設(shè)計，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。其中盤式制動器較為廣泛。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)計共七章內(nèi)容，在趙凱輝導(dǎo)師的指導(dǎo)下，結(jié)合有關(guān)的書籍和手冊而完成。趙老師在我的設(shè)計中做了全程輔導(dǎo)，并最后對本設(shè)計做了認真詳細的審閱，提出了許多寶貴的意見，我在此向他表示誠摯的感謝。
1緒論
1.1 制動系統(tǒng)設(shè)計的意義
汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多、最普遍、也是運用得最方便的交通工具。汽車制動系統(tǒng)是汽車底盤上的一個重要系統(tǒng)，它是制約汽車運動的裝置，而制動器又是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，人們對安全性、可靠性的要求越來越高，為保證人身和車輛安全，必須為汽車配備十分可靠的制動系統(tǒng)。本次畢業(yè)設(shè)計題目為大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計。
1.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
車輛在形式過程中要頻繁進行制動操作，由于制動性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全，因此制動性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動性能始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動時，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車的速度逐步減小到0，對這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動系統(tǒng)的分析和設(shè)計，因此制動過程受力情況分析是車輛試驗和設(shè)計的基礎(chǔ)，由于這一過程較為復(fù)雜，因此一般在實際中只能建立簡化模型分析，通常人們從三個方面來對制動系統(tǒng)進行分析和評價：
1）制動效能：即制動距離與制動減速度；
2）制動效能的恒定性：即熱衰退性；
3）制動時汽車方向的穩(wěn)定性；
目前，對于整車制動系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺架進行，由于在 汽車道路試驗中車輪扭矩不易測量，因此，多數(shù)有關(guān)制動系的試驗均通過間接測量來進行汽車在道路上的行駛，其車輪與地面的作用力是汽車運動變化的根據(jù)，在汽車道路試驗中，如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化，則可為汽車整車制動性能研究提供更全面的試驗數(shù)據(jù)和性能評價。
1.3 本次制動系統(tǒng)應(yīng)達到的目標(biāo)
1）具有良好的制動效能；
2）具有良好的制動效能穩(wěn)定性；
3）制動時汽車操縱穩(wěn)定性好；
4）制動效能的熱穩(wěn)定性好；
2制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇
2.1 制動器形式方案分析
汽車制動器幾乎均為機械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件和固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動力矩使汽車減速或停車。一般摩擦式制動器按旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。
2.1.1 鼓式制動器
鼓式制動器是最早形式汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類汽車上。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)，鼓式制動器按蹄的類型分為:
1) 領(lǐng)從蹄式制動器
如圖2-1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動鼓正向旋轉(zhuǎn)），則蹄1為領(lǐng)蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)得使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對調(diào)了。這種當(dāng)制動鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的內(nèi)張型鼓式制動器稱為領(lǐng)從蹄使制動器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。增勢作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而減勢作用使從蹄所受的法向反力減小。
領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動器及轎車的后輪制動器。
圖2-1 領(lǐng)從蹄式制動器
2) 雙領(lǐng)蹄式制動器
若在汽車前進時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，則稱為雙領(lǐng)蹄使制動器（如圖2-2所示）。顯然，當(dāng)汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領(lǐng)蹄式制動器。如圖所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平面式制動器。
雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，但倒車時則變?yōu)殡p從蹄式使制動效能大降，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于中級轎車的前輪制動器，這是因為這類汽車前進制動時，前軸的動軸荷及附著力大于后軸，而倒車時則相反。
圖2-2 雙領(lǐng)從蹄式制動器
3) 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
當(dāng)制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器（如圖2-3所示）。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應(yīng)用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，則需另設(shè)中央制動用于駐車制動。
圖2-3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
4) 單向增力式制動器
單向增力式制動器如圖2-4所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動地板上的支承銷上，由于制動時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器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。
圖2-4 單向增力式制動器
5）雙向增力式制動器
將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，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器(如圖2-5所示)。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。
雙向增力式制動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與駐車制動功用的制動器，但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。
圖2-5 雙向增力式制動器
2.1.2 盤式制動器
盤式制動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
鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等。
a定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現(xiàn)鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動系的要求。
b浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。
2）全盤式
在全盤制動器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應(yīng)用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。
盤式制動器與鼓式制動器相比，有以下優(yōu)點：
1）制動效能穩(wěn)定性好；
2）制動力矩與汽車運動方向無關(guān)；
3）易于構(gòu)成雙回路，有較高的可靠性和安全性；
4）尺寸小、質(zhì)量小、散熱好；
5）制動襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻；
6）更換襯塊工作簡單容易。
7）襯塊與制動盤間的間隙小，縮短了制動協(xié)調(diào)時間。
8）易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。
綜合以上優(yōu)缺點最終確定本次設(shè)計采用前后盤式制動器，且均為浮鉗盤式制動器。
2.2 制動驅(qū)動機構(gòu)的機構(gòu)形式選擇
根據(jù)動力源的不同，制動驅(qū)動機構(gòu)可分為簡單制動、動力制動及伺服制動三大類型。而力的傳遞方式又有機械式、液壓式、氣壓式、氣壓-液壓式的區(qū)別。
2.2.1 簡單制動系
簡單制動系即人力制動系，是靠四級作用于制動踏板上或手柄上的力作為制動力源。而傳力方式有機械式和液壓式兩種。
機械式的靠桿系或鋼絲繩傳力，其結(jié)構(gòu)簡單，造假低廉，工作可靠，但機械效率低，因此僅用于中、小型汽車的駐車制動裝置中。
液壓式的簡單制動系統(tǒng)通常稱為液壓制動系，用于行車制動裝置。其優(yōu)點是作用滯后時間短（0.1-0.3s),工作壓力大（可達10MPa-12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄的張開機構(gòu)或制動塊的壓緊機構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。但其有限的力傳動比限制了它在汽車上的適用范圍。另外，液壓管路在過渡受熱時會形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”使制動效能降低甚至失效；而當(dāng)氣溫過低時（-25攝氏度和更低時），由于制動液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時，使整個系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作，液壓式簡單制動系曾廣泛用于轎車、輕型及以下的貨車和部分中型貨車上。但由于操作較沉重，不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車提高操作輕便性的要求，故當(dāng)前僅多用于微型汽車上，在轎車和輕型汽車已經(jīng)極少采用。
2.2.2 動力制動系
動力制動系是以發(fā)動機動力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動的全部力源進行制動，而司機作用于制動踏板或手柄上的力僅用于對制動回路中控制元件的操縱。在簡單制動系中的踏板力與其行程間的發(fā)比例關(guān)系在動力制動系中便不復(fù)存在。
動力制動系有氣壓制動系、氣頂液式制動系和全液壓動力制動系3種。
1)氣壓制動系
氣壓制動系是動力制動系最常見的型式，由于可獲得較大的制動驅(qū)動力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動驅(qū)動系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡單、連接和斷開均很方便，因此被廣用于總質(zhì)量為8t以上尤其是15t以上的載貨汽車、越野汽車和客車上，但氣壓制動系必須采用空氣壓縮機、儲氣筒、制動閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢，作用滯后時間較長（0.3s-0.9s),因此，當(dāng)制動閥到制動氣室和儲氣罐的距離較遠時，有必要加設(shè)啟動的第二控制元件--繼動閥（即加速閥）以及快放閥；管路工作壓力較低（一半為0.5MPa-0.9MPa)。因而制動器室的直徑達，只能置于制動器之外，在通過桿件及凸輪或鍥塊驅(qū)動制動蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外制動氣室排氣時也有較大噪聲。
2)氣頂液式制動系
氣頂液式制動系是動力制動系的另一種型式，即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動系統(tǒng)主缸的驅(qū)動力源的一種制動驅(qū)動機構(gòu)，它兼有液壓制動和氣壓制動的主要優(yōu)點。由于其氣壓系統(tǒng)的管路短，故作用滯后時間也較短。顯然，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價高，故主要用于重型汽車上，一部分總質(zhì)量為9t-11t的中型汽車上也有所采用。
3)全液壓動力制動系
全液壓動力制動系除具有一般液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)點外，還具有操作輕便、制動反應(yīng)快、制動能力強、受氣阻影響較小、易于采用制動力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動力轉(zhuǎn)向、液壓懸架、舉升機構(gòu)及其他輔助設(shè)備共同液壓泵和儲油等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密件多，對系統(tǒng)的密封性要求也較高，故并未得到廣泛應(yīng)用，目前僅用于某些高級轎車、大型客車以及極少數(shù)的重礦用自卸汽車上。
2.2.3 伺服制動系
伺服制動系是在人力液壓制動系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套除其他能源提供的助力裝置，使人力與動力可兼用，即兼用人力和發(fā)動機動力作為制動能源的制動系，在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動力伺服系統(tǒng)失效時，仍可全由人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動力。因此，在中級以上的轎車及輕、中型客、貨汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。
按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動系、氣壓伺服制動系和液壓伺服制動系之分，其伺服能源分別為真空能（負氣壓能）、氣壓能和液壓能。
根據(jù)賽規(guī)及經(jīng)驗要求，確定本次設(shè)計采用簡單液壓制動
2.3 液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇
為了提高制動工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車的所有行車制動器的液壓或氣壓管路分為兩個或更多的相互獨立的回路，其中一個回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動作用。
雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)有以下常見的物種分路形式(如圖2-6所示)：
1） 一軸對一軸（II）型，前軸制動器與后橋制動器各用一個回路。
2） 交叉型（X），前軸的一側(cè)車輪制動器與后橋的對策車輪制動器同屬一個回路。
3） 一周半對半軸（HI）型，兩側(cè)前制動器的板書輪缸和全部后制動器輪缸屬于一個回路，其余的前輪缸則屬另一回路。
4） 半軸一輪對半軸一輪（LL)型，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起作用。
5） 雙半軸對雙半軸（HH）型，每個回路均只對每個前、后制動器的半數(shù)輪缸起作用。
圖2-6 液壓分路系統(tǒng)形式
II型管路布置較為簡單，可與傳統(tǒng)的但輪崗鼓式制動器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車商用得最廣泛。對于這種形式，若后制動回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎制動能力。對于采用前輪驅(qū)動因而前制動器強于后制動器的乘用車，當(dāng)前制動回路失效而單用后橋制動時，制動力將嚴(yán)重不足（小于正常情況下的一半），并且，若后橋負荷小于前軸負荷，則踏板力過大時易使后橋車輪抱死而汽車側(cè)滑。
X型的結(jié)構(gòu)也很簡單。直行制動時任一回路失效，剩余的總制動力都能保持正常值的50%。但是，一旦某一管路損壞造成制動力不對稱，此時前輪將朝制動力大的一邊繞主銷轉(zhuǎn)動，使汽車喪失穩(wěn)定性。因此，這種方案適用于主銷偏移距為負值（達20mm)的汽車上。這時，不平衡的制動力使車輪反向轉(zhuǎn)動，改善了汽車的穩(wěn)定性。
HI、HH、LL型結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。LL型和HH型在任一回路失效時，前后制動力比值均與正常情況下相同，剩余總制動力可達正常值的50%左右。HI型單用一軸半回路時剩余制動力較大，但此時與LL型一樣，緊急制動情況下后輪很容易先抱死。
綜合以上各個管路的優(yōu)缺點，最終選擇X型管路。
2.4 液壓制動主缸的設(shè)計方案
為了提高汽車行駛的安全性，并根據(jù)交通法則的要求，現(xiàn)代汽車的行駛制動系統(tǒng)都采用了雙回路制動系統(tǒng)。雙回路制動系統(tǒng)的制動主缸為串聯(lián)雙缸制動主缸，單缸制動主缸已經(jīng)被淘汰。
儲存罐中的油經(jīng)每一腔的進油螺栓和各自旁通孔、補償孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔內(nèi)產(chǎn)生的油壓分別經(jīng)各自的出油閥和各自的管路傳到前、后輪制動器的輪缸。
主缸不工作時，前、后倆工作腔內(nèi)的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔內(nèi)各自的旁通孔和補償孔之間。
當(dāng)踏下制動踏板時，踏板傳動機構(gòu)通過推桿推動后缸活塞前移，到皮碗掩蓋住旁通孔后，此腔液壓升高。在后腔液壓和后腔彈簧力的作用下，推動前缸活塞向前移動，前腔壓力也隨之升高。當(dāng)繼續(xù)下踩制動踏板時，前、后腔的液壓繼續(xù)升高，使前、后輪制動器制動。
撤除踏板力后，制動踏板機構(gòu)、主缸前后腔活塞和輪缸活塞，在各自的復(fù)位彈簧作用下回位，管路中的制動液借其壓力推開回油閥門流回主缸。于是接觸制動。
當(dāng)迅速放開制動踏板時，由于油液的粘性和管路阻力的影響，油液不能及時流回主缸并填充因活塞右移而讓出的空間，因而在旁通孔開啟之前，壓油腔中產(chǎn)生一定的真空度。此時進油腔液壓高于壓油腔，因而進油腔的油液便從前、后缸活塞的前密封皮碗的邊緣與缸壁間的間隙流入各自的壓油腔以填補真空。與此同時，儲液室中的油液經(jīng)補償孔流入各自的進油腔。活塞完全復(fù)位后，旁通孔已開放，由制動管路繼續(xù)流回主缸而顯多余的油液便可經(jīng)前、后缸的旁通孔流回儲液室。液壓系統(tǒng)中因密封不良而產(chǎn)生的制動液漏泄，和因溫度變化而引起的制動液膨脹或收縮，都可以通過補償孔和旁通孔得到補償。
若與前腔連接的制動管路損壞樓有時，則在踩下制動踏板時只后腔中能建立液壓，前腔中無壓力。此時在液壓差作用下，前腔活塞迅速前移到前缸活塞前端頂?shù)街鞲左w上。此后，后缸工作腔中液壓方能升高到制動所需的值。
若與后腔連接的制動管路損壞漏油時，則在踩下制動踏板時，起先只是后缸活塞前移，而不能推動前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液壓。但在后缸活塞直接頂觸前缸活塞時，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液壓而制動。
由此可見，采用這種主缸的雙回路液壓制動系，當(dāng)制動系統(tǒng)中任一回路失效時，串聯(lián)雙缸制動主缸的另一腔仍能夠工作，只是所需踏板行程加大，導(dǎo)致汽車制動距離增長，制動力減小。大大的提高了工作的可靠性。
3盤式制動器概述
3.1盤式制動器原理及特點
圖3-1增力式盤式制動器零件圖
1、2—壓盤 3、7—摩擦盤 4—半軸殼 5—半軸 6—回位彈簧 8—中間殼體 9—調(diào)整螺栓
10—斜拉桿11—調(diào)節(jié)叉 12—拉桿13—壓盤凸肩14—殼體肩臺
圖3-1是運輸車輛增力式盤式制動器零件圖。在差速器的每一側(cè)半軸上，用花鍵安裝著兩個粘有摩擦襯面的摩擦盤3和7，它們能在花鍵軸上來回滑動，是制動器的旋轉(zhuǎn)部分。在兩摩擦盤之間有一對可鍛鑄鐵的圓形壓盤1和2，它們的表面支承在半軸殼4的三個凸肩上，并能在較小的弧度內(nèi)轉(zhuǎn)動。兩壓盤內(nèi)側(cè)面的五個卵圓形凹坑中裝有五個鋼球，兩壓盤用三根彈簧6拉緊。在中間蓋8和摩擦盤4上，與摩擦盤相對著的表面經(jīng)過加工。摩擦盤與壓盤間，以及摩擦盤與半軸殼和中間蓋間，在不制動時都有一定間隙。制動時，制動踏板通過斜拉桿使兩壓盤相對轉(zhuǎn)動，此時凹坑中夾著的五個鋼球就從坑底向坑邊滾動，將兩壓盤擠開，兩壓盤就將旋轉(zhuǎn)著的兩個摩擦盤分別推向半軸殼和中間蓋，使各相對摩擦表面間產(chǎn)生摩擦扭矩，最終將半軸制動。如果放松制動踏板，則彈簧6又將兩壓盤拉緊復(fù)原，使鋼球進入坑底，恢復(fù)了摩擦盤兩側(cè)的間隙。
盤式制動器在上述制動過程中有增力作用。當(dāng)摩擦盤順時針旋轉(zhuǎn)時；作用在壓盤上的摩擦扭矩將使它們跟隨旋轉(zhuǎn)，但當(dāng)壓盤1由于其凸起13受到半軸殼上的凸肩14的限制而不能轉(zhuǎn)動時，壓盤2則在摩擦扭矩的作用下將相對于壓盤1作順時針轉(zhuǎn)動，協(xié)助鋼球繼續(xù)將兩壓盤擠開，使操縱省力。當(dāng)摩擦盤反時針旋轉(zhuǎn)時，和上述過程相似地起增力作用。因此不管運輸車輛前進還是倒退，制動時盤式制動器都有增力作用。
與帶式和蹄式制動器相比，盤式制動器除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜外有一系列優(yōu)點：如結(jié)構(gòu)緊湊，操縱省力，制動效果好，襯面磨損較均勻，間隙不需調(diào)整，封閉性好不易進泥水，且散熱容易，故使用壽命較長等。這些特點使它得到越來越廣泛的應(yīng)用。
3.2 盤式制動器的主要元件
3.2.1制動盤
a.制動盤直徑D
制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，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。
b.制動盤厚度h
制動盤厚度對制動盤質(zhì)量和工作時的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得很大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實心制動盤厚度可取為10—20，通風(fēng)式制動盤厚度取為20～50，采用較多的是20—30。在高速運動下緊急制動, 制動盤會形成熱變形, 產(chǎn)生顫抖。為提高制動盤摩擦面的散熱性能, 大多把制動盤做成中間空洞的通風(fēng)式制動盤, 這樣可使制動盤溫度降低20 %～30 %。
c.制動盤的安裝
制動盤安裝在輪轂上, 與車輪形成整體旋轉(zhuǎn)。制動盤是旋轉(zhuǎn)部件, 與摩擦襯塊之間只有微小的間隙。從制動盤中心到摩擦襯塊磨合中心稱為制動盤有效半徑。根據(jù)杠桿原理,如摩擦力相同,則制動盤的有效半徑越大, 制動力就越大。
d.制動盤的維修
制動盤都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，以使在制動盤使用期限內(nèi)保持制動表面各項指標(biāo)的允差，這些指標(biāo)是平行度、平面度以及橫向擺差。保持關(guān)于制動表面形狀的精度的允差，有助于盡量減少制動粗暴及踏板脈動。
制動盤表面粗糙度必須保持在60μm特定范圍內(nèi)，或者更小些。需要控制制動表面粗糙度，盡量減少踏板費力、過大的制動衰退、反常性能的問題。控制表面粗糙度同樣能提高摩擦襯片的壽命。
每當(dāng)維修制動摩擦塊或卡鉗、或者換位車輪或為了其他類型工作而拆卸車輪，總要檢查盤式制動器制動盤。不要忘記，伴隨盤式制動器制動盤而發(fā)生的許多問題，一般用肉眼檢查一下，可能不是很明顯的。制動盤厚度、平行度、擺差、平面度。以及刮痕深度等，只能用準(zhǔn)確的測量儀和千分尺進行測量。精密的測量工具及現(xiàn)代的精加工設(shè)備，對維修好制動盤來說，是至關(guān)重要的。
3.2.2制動摩擦襯塊
摩擦襯塊是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。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與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(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)致制動力矩變化大。
對于盤式制動器襯塊工作面積A，推薦根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6～3.5范圍內(nèi)選用。
由于摩擦,摩擦襯塊會產(chǎn)生磨損。摩擦材料使用完后, 底板和制動盤直接接觸會喪失制動效果, 損壞制動盤。制動盤損壞后,修理費用十分昂貴。
為避免損壞制動盤,過去,用戶靠定期車檢來確定摩擦襯塊的剩余量; 后來, 在底板上安裝摩擦襯塊磨損指示器, 當(dāng)摩擦襯塊已磨損到剩余量很少時, 指示器與制動盤接觸, 當(dāng)司機踏制動踏板時, 就發(fā)出異常的聲響; 現(xiàn)在有一種更加準(zhǔn)確提醒摩擦襯塊磨損的方法, 即安裝電子式磨損指示器, 當(dāng)摩擦襯塊磨損后, 磨損指示器中的線路斷掉,警示燈亮
3.3 盤式制動器操縱機構(gòu)
在一般拖拉機上，制動操縱機構(gòu)幾乎都是機械式的。制動踏板通過一些桿件與制動元件相連。當(dāng)摩擦襯面磨損后，為了調(diào)整踏板的自由行程，有一些桿件的長度是可調(diào)的，如利用調(diào)節(jié)叉來調(diào)節(jié)長度。左右制動器的踏板可用連接板連接，以便同時制動兩驅(qū)動輪。當(dāng)松開制動時，制動踏板都應(yīng)該有回位彈簧使其自動回位。為使運輸車輛能在斜坡上停車或在作固定作業(yè)時不讓其隨意移動位置，在操縱機構(gòu)中都有停車鎖定裝置，它能卡住已踏下的制動踏板，使其不能回位，以使制動器能在沒有駕駛員操縱的情況下長時間地處于制動狀態(tài)。
帶式和蹄式制動器踏板的自由行程一般為40～80，盤式制動器踏板的自由行程稍大些，這是因為盤式制動器的旋轉(zhuǎn)元件和制動元件間的總間隙較小，如果自由行程過小，駕駛員稍一踏下踏板就已開始了制動，這樣易使摩擦襯面加速磨損。左右踏板的行程必須一致，否則拖拉機在緊急制動時會容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)生安全事故。
如果用作直線行駛中降速或停車，則必須注意首先分離主離合器然后再制動；如果用作協(xié)助履帶拖拉機轉(zhuǎn)向，則必須注意首先分離慢速側(cè)的轉(zhuǎn)向離合器，然后再制動該側(cè)驅(qū)動輪。
4制動系統(tǒng)設(shè)計計算
4.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值
4.1.1 相關(guān)主要參數(shù)
a.汽車相關(guān)主要參數(shù)如表4.1所示。
表4.1 汽車相關(guān)主要參數(shù)
編號
名稱
符號
數(shù)值
單位
備注
1
質(zhì)量
M0
320.000
kg
2
重力
G
3136.000
N
3
質(zhì)心高
hg
300.000
mm
11.82
inch
4
軸距
L
1600.000
mm
63.04
inch
5
質(zhì)心至前軸的距離
a
848.000
mm
33.41
inch
6
質(zhì)心至后軸的距離
b
752.000
mm
29.63
inch
7
前軸負荷
Wf
1473.920
N
47.00
%
8
后軸負荷
Wr
1662.080
N
53.00
%
b.輪胎相關(guān)參數(shù)如表4.2所示。
表4.2 2010年FSAE贊助輪胎相關(guān)參數(shù)
規(guī)格
180/530R13
標(biāo)準(zhǔn)輪輞內(nèi)距
8
輪胎胎面寬(mm inch)
223 8.8
輪胎外徑(mm inch)
533 21.0
輪胎接地面寬(mm inch)
185 7.3
輪胎半徑(mm)
244
輪胎周長
1626
輪輞內(nèi)距
7.5-8.5
4.1.2 同步附著系數(shù)的分析
（1） 當(dāng)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(zhuǎn)向能力；
（2）當(dāng)時：制動時總是后輪先抱死，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)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(zhuǎn)向能力。
分析表明，汽車在同步系數(shù)為的路面上制動（前后輪同時抱死）時，其制動減速度為，即q=,q為制動強度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達到前輪或者后輪即將抱死的制動強度q<,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(jù)相關(guān)資料查出賽車=0.7，故取=0.7。
4.1.3 地面對前、后輪的法向反作用力
若在不同附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時抱死（不論是同時抱死或分別先后抱死），此時或。地面作用于前、后輪的法向反作用力為
（4-1）
（4-2）
前后輪同時抱死制動時地面對前、后輪法向反作用力的變化如表3.3所示
表3.3 前后輪同時抱死地面對前、后輪法向反作用力的變化
φ
0
1474
1662
47%
53%
0.1
1533
1603
49%
51%
0.2
1592
1544
51%
49%
0.3
1650
1486
53%
47%
0.4
1709
1427
55%
46%
0.5
1768
1368
56%
44%
0.6
1827
1309
58%
42%
0.7
1886
1250
60%
40%
0.8
1944
1192
62%
38%
0.9
2003
1133
64%
36%
1.0
2062
1074
66%
34%
4.2 制動器有關(guān)計算
4.2.1 確定前后制動力矩分配系數(shù)
根據(jù)公式：
（4-3）
得到：
（4-4）
4.2.2 制動器制動力矩的確定
應(yīng)急制動時，假定前后輪同時抱死拖滑，此時所需的前橋制動力矩為
（4-5）
式中 G為賽車重力；
L為軸距；
a為汽車質(zhì)心到前軸的距離；
為汽車質(zhì)心的高度；
為附著系數(shù)；
為輪胎有效半徑。
當(dāng)==0.7時，
即
因為
== (4-6)
所以
4.2.3 盤式制動器主要參數(shù)確定
1）制動盤直徑D
制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，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。 這里去制動盤的直徑D為輪輞直徑的百分之70%，即mm
2）制動盤厚度的選擇
制動盤厚度對制動盤質(zhì)量和工作時的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實心制動盤厚度可取為10～20mm，通風(fēng)式制動盤厚度取為20～50mm，采用較多的是20～30mm。在高速運動下緊急制動, 制動盤會形成熱變形, 產(chǎn)生顫抖。為提高制動盤摩擦面的散熱性能, 大多把制動盤做成中間空洞的通風(fēng)式制動盤, 這樣可使制動盤溫度降低20 %～30 %。這里制動器采用實心制動盤設(shè)計，mm厚度 。
3）摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R2
摩擦襯塊（如圖4-1所示）是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。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與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(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)致制動力矩變化大。因為制動器直徑D等于231mm,則摩擦塊mm取，所以mm。
圖4-1 摩擦襯塊
4）摩擦襯塊工作面積
對于盤式制動器襯塊工作面積A，推薦根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在范圍內(nèi)選用。單個前輪摩擦塊,則單個前輪制動器A=48;單個后輪摩擦塊，則單個后輪制動器A=32.能夠滿足β的要求。
5）摩擦襯塊摩擦系數(shù)f
選擇摩擦片時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摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動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0.7。一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于 250℃時，保持摩擦系數(shù)=0.35～0.40 已無大問題。因此，在假設(shè)的理想條件下計算制動器的制動力矩。另外，在選擇摩擦材料時應(yīng)盡量采用減少污染和對人體無害的材料。所選擇摩擦系數(shù)=0.35。
總結(jié)得到參數(shù)如表4.4所示
表4.4 制動器基本參數(shù)
制動盤外徑/mm
工作半徑/mm
制動盤厚度/mm
摩擦襯塊厚度/mm
摩擦面積
/cm2
前輪
231
96
10
9
48
后輪
231
96
10
9
32
4.2.4 盤式制動器的制動力計算
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
（4-7）
式中 為摩擦因數(shù)；
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)挾炔缓艽螅瑒tR等于平均半徑或有效半徑，在實際中已經(jīng)足夠精確。
平均半徑為
mm
式中，和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
有效半徑是扇形表面的面積中心至制動盤中心的距離，如下式所示（推導(dǎo)見離合器設(shè)計）
（4-8）
式中 .
因為,,故，越小，則兩者差值越大。
應(yīng)當(dāng)指出，若過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處得滑磨速度相差太遠，磨損不均勻，因為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。值一般不應(yīng)小于0.65.
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
（4-9）
式中 為摩擦因數(shù)；
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)挾炔缓艽螅瑒tR等于平均半徑或有效半徑，在實際中已經(jīng)足夠精確。
平均半徑為
（4-10）
式中 和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
對于前制動器
(4-11)
所以
對于后制動器
(4-12)
所以
4.3 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）制動盤
制動盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr或Ni等合金鑄鐵制成。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(fēng)槽的雙層盤這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20-30%，但盤得整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)盤的汽車制動盤，其厚度約在10-13mm之間。本次設(shè)計采用的材料為HT250。 .
2）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。
3）制動塊
制動塊由背板和摩擦襯快組成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘結(jié)在一起。
4）摩擦材料
制動摩擦材料應(yīng)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值以后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水（油、制動液）率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能，制動時應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良氣味、應(yīng)盡量采用污染小對人體無害的摩擦材料。當(dāng)前，制動器廣泛采用模壓材料。
5）制動輪缸
制動輪缸采用單活塞式制動輪缸，其在制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸簡為通孔，需鏜磨?；钊射X合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂快，以支承插槽中的制動蹄，極端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處得橡膠皮碗密封。本次設(shè)計采用的是HT250.
5液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算
5.1 前輪制動輪缸直徑的確定
制動輪缸對制動塊施加的張開力與輪缸直徑和制動管路壓力的關(guān)系為
(5-1)
制動管路壓力一般不超過10～12。取。
(5-2)
輪缸直徑應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選?。℉G2865-1997),具體為19mm、22mm、24mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm、50mm、55mm。因此取前輪制動輪缸直徑為32mm.
同理，后輪制動輪缸直徑。因此取后輪制動輪缸直徑為25mm.
5.2 制動主缸直徑的確定
第個輪缸的工作容積為：
(5-3)
式中 為第個輪缸活塞的直徑；
為輪缸中活塞的數(shù)目；
為第個輪缸活塞在完全制動時的行程，初步設(shè)計時，對鼓式制動器可取2.0-2.5mm.此處取mm.
所以一個前輪輪缸的工作容積為
一個后輪輪缸的工作容積為
所有輪缸的總工作容積為,式中，為輪缸數(shù)目。制動主缸應(yīng)有的工作容積為,式中為制動軟管的變形容積。在初步設(shè)計時，制動主缸的工作容積可為：對于乘用車;對于商用車。此處取。
所以
(5-4)
主缸活塞行程和活塞直徑為
(5-5)
一般=（0.8～1.2）。此處取=。
所以
(5-6)
主缸的直徑應(yīng)符合QC/T311-1999中規(guī)定的尺寸系列，具體為19mm、22mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm。所以取得mm。
5.3 制動踏板力和制動踏板工作行程
制動踏板力為：
(5-7)
式中 為制動主缸活塞直徑；
p為制動管路的液壓；
為探班機構(gòu)的傳動比；
為踏板機構(gòu)及液壓主缸的機械效率，可取=0.82～0.86.此處取=4，=0.85.
制動踏板力應(yīng)滿足以下要求；最大踏板力一般為500N（乘用車）或700N（商用車）。設(shè)計時，制動踏板力可在200N～350N的范圍內(nèi)選取。
所以
符合設(shè)計要求。
制動踏板工作行程為
(5-8)
式中，為主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5mm～2mm;為主缸活塞空行程，主缸活塞由不工作時的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。
制動器調(diào)整正常時的踏板工作行程,在只應(yīng)占計及制動襯塊的容許磨損量的踏板行程的40%～60%。
為了避免空氣侵入制動管路，在計算制動主缸活塞回位彈簧時，應(yīng)保證踏板放開后，制動管路中仍保持0.05～0.14的殘余壓力。
最大踏板行程，對乘用車應(yīng)不大于100～150mm,對商用車不大于180mm。此外，作用在制動手柄上最大的力，對乘用車不大于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.
符合設(shè)計要求
第6章 制動性能分析
任何一套制動裝置都是由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)兩部分組成。
汽車的制動性是指汽車在行駛中能利用外力強制地降低車速至停車或下長坡時能維持一定車速的能力。
6.1 制動性能評價指標(biāo)
汽車的制動性主要由下列三方面來評價：
1） 制動效能，即制動距離與制動減速度。
2）制動效能的恒定性，即抗熱衰退性能。
3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。
6.2 制動效能
制動效能是指在良好路面上，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。制動效能是制動性能中最基本的評價指標(biāo)。制動距離越小，制動減速度越大，汽車的制動效能就越好。
6.3 制動效能的恒定性
制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。因為制動過程中實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動器溫度升高后能保持在冷態(tài)時的制動效能，已成為設(shè)計制動器時要考慮的一個重要問題。
6.4 制動時汽車方向的穩(wěn)定性
制動時汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動時汽車給定路徑行駛的能力來評價。若制動時發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車將偏離原來的路徑。
制動過程中汽車維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力，稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性包括制動跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況。制動時發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來評價汽車制動時的方向穩(wěn)定性，對制動距離和制動減速度兩指標(biāo)測試時都要求了其實驗通道的寬度。
方向穩(wěn)定性是從制動跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力方面來考驗。
制動跑偏的原因有兩個：
1） 汽車左右車輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動器制動力不相等。
2） 制動時懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運動學(xué)上不協(xié)調(diào)（相互干涉）。
前者是由于制動調(diào)整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。側(cè)滑是指汽車制動時某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動的現(xiàn)象。最危險的情況時高速制動時后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時抱死或前軸先報死后軸始終不抱死。
理論分析如下，真正的評價需要靠實驗。
6.5 制動器制動力分配曲線分析
對于一般汽車而言，根據(jù)其前后軸制動力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動器制動力足夠時，制動過程可能出現(xiàn)如下三種情況：
1） 前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑。
2） 后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。
3） 前后輪同時抱死拖滑。
所以，前后輪制動力分配將影響汽車制動時的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設(shè)計汽車制動時必須妥善處理的問題。
根據(jù)給定參數(shù)和及制動力分配系數(shù)，應(yīng)用EXCEL編制出制動力分配曲線如下：
1） 當(dāng)I線與β線相交時，即=0.7時，即前后輪同時抱死。
2） 當(dāng)I線在β線下方時，前輪先抱死。
3） 當(dāng)I線在β線上方時，后輪先抱死。
通過圖6-1可以看出相關(guān)參數(shù)和制動力分配系數(shù)的合理性。
圖 6-1制動力分配曲線
6.6 制動減速度和制動距離S
制動系的制動效果，可以用最大制動減速度及最小制動距離來評價。
假設(shè)汽車是在水平的，堅硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動力是由制動器產(chǎn)生。此時
所以符合要求。
6.7 摩擦襯塊的磨損特性計算
摩擦襯塊的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動鼓（制動盤）的材質(zhì)及加工情況，以及襯片本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損性能極為困難。但試驗表明，影響磨損的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。
從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能（動能和勢能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔(dān)了汽車全部動能耗散的任務(wù)。此時，由于制動時間很短，實際上熱能還來不及逸散到大氣中就被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。這就是所謂制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴(yán)重。對于盤式制動器