汽车设计课程设计—盘式制动器

汽车设计计算说明书

汽车设计课程设计前轮制动器部分设计说明书

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目录

一、轿车主要性能参数-------------------------4

二、制动器形式的-----------------------------5

三、盘式制动器主要参数的确定-----------------7

四、盘式制动器制动力矩的设计计算-------------9

五、盘式制动器制器的校核计算----------------10

1.前轮制动器制动力矩的校核计算

2.摩擦衬片的磨损特性计算

六、经过计算最终确定后轮制动器的参数--------13

七、设计小结--------------------------------13

八、设计参考资料----------------------------13

轿车前轮制动器设计说明书前言汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。本次课程设计根据任务要求只进行轿车前轮制动器的设计，后轮部分由同组同学钟恩伟完成。

+ 225 × 60% ） = 338mm

S = 3.6

（

τ2‘

+ ）

μ0 + 25.92

“ S =15m ；τ2 =

0.02s ；τ2 = 0.02s 。经计算得

一、 轿车主要性能参数

主要尺寸和参数：

（1）、轴距：L=3.05m

（2）、总质量：M=2200kg

（3）、质心高度：1.0m

（4）、前轴负荷率：35%；即质心到前后轴距离分别为

L 1 = L ? （1 ? 35%） = 1.9825m

L 2 = L ? 35% = 1.0675m

（5）、轮胎参数：225/60R16；即轮胎的名义断面宽度为 225mm ，

高宽比为 60%，轮辋直径为 16 英寸（406.4mm ）则轮胎有效半径

r e 为：

轮胎有效半径=轮辋半径+（名义断面宽度×高宽比）

所以轮胎有效半径r e =

（

406.4

（6）、制动性能要求：初速度为 50KM/h 时，制动距离为 15m 。则

满足制动性能要求的制动减速度由：

1 τ2

2

μ02

a bmax 计算最大减速度

a bmax ，其中

μ0 = Ｕ0 = 50Km/? = 13.89m/s ；

‘ “ 最大减速度 a bmax ≈ 6.61m s

2

二、制动器形式的选择

摩擦式制动器按其旋转元件的形状又可分为鼓式和盘式两大类。因为盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器常用作轿车的车轮制动器。而且轿车质量较小，制动力矩较小，这里选择盘式制动器为前轮制动器。

盘式制动器按摩擦副中的固定摩擦元件的结构，分为钳盘式和全盘式制动器两大类。一般轿车上大多数采用钳盘式制动器，这里也选用钳盘式制动器。

钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块，后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。两块制动块之间有作为旋转元件的制动盘，制动盘是用螺栓固定于轮毂上。制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小，在盘上所占的中心角一般仅约30°～50°，因此这种盘式制动器又称为点盘式制动器。其结构较简单，质量小，散热性较好，借助于制动盘的离心力作用易于将泥水、污物等甩掉，维修也方便。

钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为以下几种：

(1)固定钳式盘式制动器(2)滑动钳式盘式制动器

（3）摆动钳式盘式制动器

因为滑动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。滑动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少使冷却条件较好，另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动液温度比用固定钳时低30℃～50℃，气化的可能性较小。所以这里所设计的制动器形式选用：滑动钳式盘式制动器

推荐根据制动摩擦衬块单位面积的汽车质量 1.6Kg/

~3.5Kg/ 范cm

cm

三, 盘式制动器主要参数的确定

1. 制动盘直径 D

制动盘直径 D 希望尽可能大，这时制动盘的有效半径得以增大，

就可以降低制动钳的夹紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。

但制动盘直径 D 受轮辋直径的限制。通常，制动盘的直径 D 选择为

轮辋直径的 70%~79%，而总质量大于 2t 的汽车应取其上限。

该乘用车的轮辋直径为 16 英寸（406.4mm ），且总质量：M=2200kg

所以制动盘直径取 D=320mm 。

2.制动盘的厚度 h

制动盘厚度 h 直接影响着制动盘质量和工作时的温升。为使质量

不至于太大，制动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的

温升，制动盘厚度又不能过小。制动盘可以制成 实心的，而为了通

风散热，又可以在制动盘工作面之间铸出通风孔道。

这里选用通风式制动盘，制动盘厚度取 h=25mm 。 3.摩擦衬块内半径R 1和外半径R 2

推荐摩擦衬块的外半径R 2与内半径R 1的比值不大于 1.5。若此值偏

大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，其磨损就会

不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。

这里取外半径R 2 = 160mm ；内半径R 1 = 120mm

4.制动衬块工作面积 A

2

2

围内选取。乘用车的总质量：M=2200kg ，前轮的载重为：

，故取 A=100cm 。 N = πPd

2

M 1 = 770kg ，

则

770 3.5 × 4 cm 2 < AA < 770 1.6 × 4 cm 2 2

5.制动驱动机构的对制动盘的压紧力 N

采用液压驱动的活塞式机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方

便。其制动压力由以下关系确定。制动缸对制动盘施加的压紧力 N

与轮缸直径 d 、制动管路压强 P 的关系为

4

，根据制动管路压

强一般在 10MPa~20Mpa 内选取 P=15Mpa ，根据国标 HG2865—— 1977 标准，选择制动缸直径d =45mm ，则制动盘的压紧力

N=23800N 。

6. 摩擦片摩擦系数 f

选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要

好，受温度和压力的影响要小。本盘式制动器采用粉末冶金摩擦材

料是以铜粉或铁粉为主要成分(占质量的 60％～80％)，加上石墨、

陶瓷粉等非金属粉末作为摩擦系数调整剂，用粉末冶金方法制成。

其抗热衰退和抗水衰退性能好，适用于高性能轿车。该摩擦材料的

摩擦系数的稳定值约为 0.3～0.5。在假设的理想条件下计算制动器

的制动力矩，使计算结果接近实际可取：f=0.3。

四,盘式制动器制动力矩的设计计算

盘式制动器的计算用简图如图所示，今假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力

矩为

对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，制动盘上的制动力矩用T f=2fNR计算。

R=0.5(R1+R2)=140mm

Fμ1+Fμ2=

φ0?g+b

T f=2Fnr=2*0.3*23800*0.14=1999.2N·m

故所设计的前轴制动器制动力矩为2T f=2*1999.2=3998.4N·m

五,盘式制动器制器的校核计算

1.前轮制动器制动力矩的校核计算

（1）、确定同步附着系数

随着道路条件的改善和汽车速度的提高，由于制动时后轮先抱死引起汽车甩尾甚至掉头所造成的车祸日益增多。φ0值宜取大些。根据设计经念，取φ0=0.60

（2）、制动力分配系数的确定

此乘用车根据确定的同步附着系数得到的制动力分配系数β为：

β=Fμ1

L

式中Fμ1为前制动器制动力；Fμ2为后制动器制动力。同步附着系数φ0=0.6；质心高度?g=

1.0m；轴距L=3.05m；后轴到质心的距离b=1.0675m计算得

时间内耗散的能量，其单位为W/mm , 这里根据紧急制动到停车情 12 ? v 22） ； ；a bmax = 6.61m s ，计算得：t=2.1s ；

e 1 =

δM （v

4t A

β = M （v 12）

6 W ／mm 。因此所设计的制动器的比能量耗散率合理。

数和表面状态等是影响磨损的重要因素。

汽车的制动过程是将其机械能(动能、势能)的一部分转变为热量

而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承

担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内热量来不及逸

散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。

能量负荷愈大，则衬片(衬块)的磨损愈严重。

制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量

耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位 2

况计算所涉及轿车的单个前轮制动器的比能量耗散率e 2

e 1 = δM （v 4t A β t = v 1 ? v 2 a bmax

其中δ = 1；

v 1 = 50km/h=13.89m/s ；v 2 = 0；β = 0.55；M=2200Kg ；A=100cm 2

2

4t A β ≈ 2.78W ／mm 2

根据有关文献，在制动时轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于

2

六,经过计算最终确定前轮制动器的参数如下

○1、前轮制动器采用液压驱动滑动钳式盘式制动器

②、制动盘直径D=320mm

③、制动盘厚度取h=25mm。

④、摩擦衬片外半径R2=160mm；内半径R1=110mm

⑤、、制动衬块工作面积A=100cm2

七,设计小结

汽车设计是我们的专业基础课，通过一学期的学习和掌握，对汽车设计有了一定的了解。通过这次设计了解到了理论上和实际上的差异。

设计计算时必须仔细认真，多方面查阅资料。确定参数时必须根据实际情况来定，不一定要与理论吻合的非常好。这次课程设计历时两周，一周用于设计计算，一周用于软件制图。设计成果为一份设计说明书和一张装配图。

八,设计参考资料

[1]王望予.汽车设计.第四版

[2]陈家瑞.汽车构造

[3]王霄峰.汽车底盘设计

[4]刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算

[5]余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2004.