伊兰特汽车制动系统设计

摘要

随着社会的飞速发展，科技越来越发达，世界也变得越来越小了，造成这个现象的基本原因就是交通工具的发展和普及，尤其是汽车的应用，灵活高速的汽车给我们的生活带来了极大便利。一方面，轿车变的越来越重、动力越来越大；另一方面，人们越来越强调汽车驾乘的舒适性和安全性。因而，作为能保证汽车安全行驶的组成部分之一—制动系，有必要对它的组成构件进行设计计算。

本文系统详细的介绍了汽车制动系的结构型式及其主要构件的设计计算，阐述了制动器的两种结构型式的选择和各自的工作原理、制动系的主要参数及其选择、制动器主要零部件的结构设计和分析计算、制动驱动结构的结构型式选择与设计计算。并且通过以上的比较分析，在经济可靠的基础上选择归纳了伊兰特轿车制动系主要构件的结构与参数，予以最为合理的配置。其中重点介绍了汽车车制动系的主要构件——浮钳盘式制动器、液压双回路制动主缸的分析计算。

关键词：汽车；制动系统；盘式制动器；液压驱动；驻车制动

ABSTRACT

As the society is making great progress, scientific technology becomes more and more developed, and the world becomes smaller and smaller. The basic cause of this is the development and popularization of transportations, especially the application of automobiles, which bring great convenience to our lives. On one hand, what the car changes is heavier and heavier, motive force is greater and greater; On the other hand, people emphasize comfortableness and security that the automobile drives more and more. Therefore, as guaranteeing one of the components that the automobile goes safely--the brake system, it is necessary to carry on exhaustive designing calculation .

This text mainly introduces the structure pattern of the brake system and its designing calculation of main departments, and explains two kinds of structure patterns and choosing and one's own operation principle of the brake , main parameter of the brake system in the department and choosing, structural design and calculation of the main spare part of the brake , applying the brake urges the structure pattern of the structure to choose and design and calculate , makes the regulation device that power distributes. Through comparative analysis of the above , is it sum up Elantra apply the brake structure and parameter , department of main member to choose on the basis of the thing that economy is reliable , in order to reach and dispose best. Especially, it introduces the main member of the department of the brake system among them --Float pincers records of type brake , hydraulic pressure pairs of meeting way apply the brake analysis of master cylinder calculate with anti-lock braking system , urge slip resistance systematic theory analyse. And have checked to rubing the friction characteristic lined with slice at the end of the thesis.

Keyword: Automobile；The brake system；Disk brake；Hydraulic drive；Parking brake

II

目录

摘要..................................................................... I Abstract............................................................... II 第1章绪论 (3)

1.1 课题背景及目的 (3)

1.2 国内外研究现状 (3)

1.3 课题研究方法 (5)

1.4 本设计的主要内容 (5)

第2章总体设计方案 (6)

2.1 制动能源的选择 (7)

2.2 行车制动系 (8)

2.3 制动管路的布置及原理 (8)

2.3.1 制动原理和工作过程 (8)

2.4 制动器的结构方案分析 (8)

2.5 本章小结 (9)

第3章制动系主要参数确定 (10)

3.1基本参数 (10)

3.2同步附着系数的确定 (10)

3.3 制动器最大制动力矩确定 (12)

3.4盘式制动器的主要参数选择 (12)

3.5.1制动盘直径D (13)

3.5.2制动盘厚度h (14)

3.5.3摩擦衬块外半径R

2和内半径R

1

(14)

3.5.4摩擦块工作面积A (15)

3.6本章小结 (16)

第4章制动器的设计与计算 (17)

4.1 盘式制动器制动力矩计算 (17)

4.2驻车制动的制动力矩计算 (17)

4.3 制动衬片的耐磨性计算 (18)

4.4 本章小结 (20)

第5章液压制动驱动机构的设计计算 (21)

5.1 制动驱动机构的形式 (21)

5.2 分路系统 (21)

5.3 液压制动驱动机构的设计计算 (22)

5.3.1 制动轮缸直径d的确定 (22)

5.3.2 制动主缸直径d0的确定 (22)

5.4 制动主缸设计 (25)

5.4．1主缸活塞的确定 (25)

5.4．2主缸残余压力P0 (25)

5.4．3主缸结构设计 (26)

5.4．4制动力分配调节装置的选取 (27)

5.5真空助力器的设计计算 (27)

5.6制动踏板力 (27)

5.6．1制动踏板工作行程Sp (29)

5.7制动器的主要结构元件 (30)

5.7.1 摩擦衬块 (29)

5.7.2 支承 (30)

5.7.3 制动轮缸 (30)

5.7.4 制动盘 (30)

5.7.5 制动钳 (30)

5.7.6 制动块 (31)

5.8 本章小结 (31)

结论 (32)

参考文献 (33)

致谢 (34)

第1章绪论

1.1 课题背景及目的

汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动系统的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动系统的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。因此制动系统设计是汽车设计中重要的环节之一。

1.2 国内外研究现状

从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多，传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等，主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统，真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分。目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。鼓式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少,成本较低,便于维修、由于鼓式制动器的绝对制动力远远高于盘式制动器,所以普遍用于后轮驱动的卡车上. 鼓式制动器根据其结构都不同，又分为：双向自增力蹄式制动器、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器、双从蹄式制动器。其制动效能依次降低，最低是盘式制动器；但制动效能稳定性却是依次增高，盘式制动器最高。

与鼓式制动器相比，盘式制动器具有以下突出优点:(l)热稳定性好,盘式制动器无自增力作用，因而与有自增力的鼓式制动器相比(尤其是领从蹄式)，制动器效能受摩擦系数的影响较小，即制动效能稳定。鼓式制动器受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与制动蹄中部接触，从而降低了制动效能。而盘式制动器中制动盘的轴向热膨胀极小，径向热膨胀根本与性能无关，故不会因此而降低制动

效能。(2)水稳定性好，盘式制动器中摩擦块对制动盘的单位压力较高，易于将水挤出。在车轮涉水后，制动效能变化较小，且由于离心力的作用及衬块对制动盘的摩擦作用，出水后只需一二次制动，性能即可恢复。而鼓式制动器则需多次甚至10余次制动，性能方能恢复。(3)反应灵敏盘式制动器刹车片与制动盘之间的间隙相对与鼓式制动器来说要小;此外，鼓式制动器制动行程要比盘式制动器的长，制动鼓热膨胀也会引起制动踏板行程损失，使得制动反应时间变长，而制动盘不存在此现象，故反应较之鼓式制动器更加灵敏。(4)散热性好盘式制动器的制动盘采用的是通风盘结构，再加上盘式制动器相对开放的结构，散热性能良好。(5)在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量较小。(6)制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大。(7)容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。除了以上制动性能的优势外，盘式制动器在使用中还有噪音低，符合环保要求;振动小，改善了乘坐舒适性等优点。由于具备稳定可靠的制动性能，盘式制动器大大改善了汽车高速制动时的方向稳定性，因此取代传统的鼓式制动器已成为现代制动器发展的必然趋势。其中盘式制动器体积较小，提供的制动力矩也相对较小，一般用于轿车等轻型车辆上，尤其是轿车，盘式制动器几乎已经成为现代轿车的标准配置之一。而气压盘式制动器体积相对较大，提供的制动力矩也较大，故大量应用于客车等中重型车辆上，发展前景非常广阔。

前轮上，一些高级轿车前后轮均采用了盘式制动器。在一些大客车和重型汽车上也得到了广泛应用。目前，西方发达国家轿车配置盘式制动器的比例几乎达到100%。在一些中重型车辆上面，2000年左右，气压盘式制动器就已经成为欧美国家城市公交车辆的标配，载重车辆的后桥安装率也超过了50%。目前欧美国家生产盘式制动器比较著名的有Boseh，TRW，叭厄bco，Bendix和众orr等。我国汽车工业起步较晚，故应用盘式制动器的时间较晚，上世纪80年代虽在一些轿车上开始应用，但大多数是引进国外成品或散件。近些年来，由于我国汽车行业发展迅猛，尤其是轿车等乘用车辆通过与外国公司的合作发展非常之快，也带动了液压盘式制动器的发展，目前国内生产液压盘式制动器的技术及工艺相对较为成熟，也具备了自主研发能力，规模相对较大的一些公司有武汉元丰，浙江亚太，浙江万安等。ADB在我国应用则更晚，国内最大的ADB供应商武汉元丰刁‘成立于1998年。目前ADB形成量产规模的也只有武汉元丰和浙江万安两家。上述几家，公司虽然都有一定规模，但是与欧美发达国家公司相比，差距仍然较大。发达国家盘式制动器的发展目前己进入双盘式制动器和机电一体化的阶

汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路结构，以保证其工作可靠。驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动，以免其产生故障。

任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动杆操纵利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动俩个后轮，行车制动和驻车制动这两套制动装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、储气筒、控制阀和制动气室等。

现代汽车由于车速的提高，对应急制动的可靠性要求更严格，因此在中、高级轿车和部分轻型商用车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。

随着电子技术的飞速发展，汽车防抱死制动系统在技术上已经成熟，开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面兼得附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效的防止汽车在应急制动时由于车轮抱死使汽车失去方向稳定性而出现侧滑或失去转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了汽车高速行驶的安全性。

1.3 课题研究方法

根据课题内容，任务要求深入了解汽车制动系统的构造及工作原理；并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料；参考现有研究成果，并进行深入的学习和分析，借鉴经验；同时学习有关汽车零部件设计准则；充分学习和利用画图软件，并再次学习机械制图，画出符合标准的设计图纸，通过自己的研究分析；发挥自己的设计能力并通过试验最终确定制动系统设计方案。

1.4 本设计主要内容

（1）确定制动系各参数，分析其制动性能;

（2）制动器的设计计算；

（3）液压制动驱动机构的设计计算；

（4）制动系统图纸设计。

第2章总体设计方案

汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行使安全性，是汽车行使的重要保障。随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大，出现了频繁的交通事故。因此，改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。

制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车；在下坡行使时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。

制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。前者用来保证前两项功能，后者用来保证第三项功能。

设计汽车制动系应满足如下主要要求[2]：

（1）应能适应有关标准和法规的规定；

（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见QC/T239-1997；

（3）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其他制动装置多为手操纵；

（4）制动效能的热稳定性好。具体要求详见QC/T582-1999；

（5）制动效能的水稳定性好；

（6）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价标准，详见QC/T239-1997；

（7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人-机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适、能减少疲劳；

（8）作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间和从放开踏板至完全解除制动的时间；

（9）制动时不产生振动和噪声；

（10）转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或转向时不会引起自行制动；

（11）应有音响或光信号等警报装置，以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；

（12）用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维；

（13）磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。

防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用。此外，由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题，已被逐渐淘汰，取而代之的各种无石棉材料相继研制成功。

本次设计前后轮均采用盘式制动器,液压制动, 对角交叉式双管路液压制动系统。盘式制动器采用浮动钳盘式。

2.1 制动能源的选择

经过同多种类型的车辆比较，如下制动能源：

表2.1 制动能源比较

供能装置传能装置

型式制动能源工作介质型式工作介质

空气液压制动系制动液气压伺服制动系驾驶员体力与

发动机动力

真空伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源，伺服气压一般可达0.05～0.07MPa。真空伺服制动系多用于总质量在1.1～1.35t以上的轿车及装载质量在6t以下的轻、中型载货汽车上；气压伺服制动系则广泛用于装载质量为6～12t的中、重型货车以及极少数高级轿车上。

液压制动用于行车制动装置。液压制动的优点是：作用滞后时间短，（0.1～0.3s）;

P），因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接作为工作压力高（可达10～20M

a

制动蹄的张开机构（或制动块的压紧机构），而不需要制动臂等传动件，使之结构简单，质量小；机械效率较高（液压系统有自润滑作用）。液压制动的主要缺点是：过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系统的效能降低，甚至完全失效。液压制动广泛应用在乘用车和总质量不大的商用车上。

2.2 行车制动系

制动系统用作强制行使中的汽车减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构多采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。

目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，一些高性能轿车上用于全部车轮。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。

2.3 制动管路的布置及原理

交叉式(X型): 前、后轮制动管路各成独立的回路系统，前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路。其特点是管路布置较为简单，直行制动时任一回路失效，剩余的总制动力都能总制动力都能保持正常值的50%。这种法案适用于主销偏移距为负值（达20mm）的汽车上。这时，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善汽车稳定性。

2.3.1制动原理

要使行使中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动，上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，制动减速度越大。当放开制动踏板时，复位弹簧即将制动蹄拉回复位，摩擦力矩和制动力消失，制动作用即行终止。

2.4制动器的结构方案分析

制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。目前广泛使用的是摩擦式制动器。

摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式，盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器，本文不做介绍。

按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式两类。钳盘式根据制动钳结构的不同，分固定钳式和浮动钳式。对两中类型进行比较，浮动钳盘式具有如下优点：

在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，家之液压缸；冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低。