制动器设计-计算说明书

三、课程设计过程

（一）设计制动器的要求：

1、具有良好的制动效能—其评价指标有：制动距离、制动减速度、制动力和制动时间。

2、操纵轻便—即操纵制动系统所需的力不应过大。对于人力液压制动系最大踏板力不大于（500N ）（轿车）和700N （货车），踏板行程货车不大于150mm ，轿车不大于120mm 。

3、制动稳定性好—即制动时，前后车轮制动力分配合理，左右车轮上的制动力矩基本相等，汽车不跑偏、不甩尾；磨损后间隙应能调整！

4、制动平顺性好—制动力矩能迅速而平稳的增加，也能迅速而彻底的解除。

5、散热性好—即连续制动好，摩擦片的抗“热衰退”能力要高（指摩擦片抵抗因高温分解变质引起的摩擦系数降低）；水湿后恢复能力快。

6、对挂车的制动系，还要求挂车的制动作用略早于主车；挂车自行脱钩时能自动进行应急制动。

（二）制动器设计的计算过程：

设计条件：车重2t ，重量分配60%、40%，轮胎型175/75R14，时速70km/h ，最大刹车距离11m 。

1. 汽车所需制动力矩的计算

根据已知条件，汽车所需制动力矩：

M=G/g ·j ·r k （N ·m ） 206

.321j ）（v S ?=

(m/s 2） 式中：r k — 轮胎最大半径 (m)；

S — 实际制动距离 (m)；

v 0 — 制动初速度 (km/h)。 2

17018211 3.6j ??=?= ????

(m/s 2) m=G/g=2000kg

查表可知，r k 取0.300m 。

M=G/g ·j ·r k =2000·18·0.300=10800（N ·m ）

前轮子上的制动器所需提供的制动力矩：

M ’=M/2?60%=3240（N ·m ）

为确保安全起见，取安全系数为1.20，则M ’’=1.20M ’=3888（N ·m ）

2. 制动器主要参数的确定

（1）制动盘的直径D

制动盘直径D 希望尽量大些，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。 轮辋名义直径14in=355.6mm

根据布置尺寸需要，制动盘的直径D 取276mm 。

验证，276/355.6=77.6%，符合要求。

制动盘材料选用珠光体灰铸铁，其结构形状为礼帽型。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，所以选用中间有径向通风槽的双层盘，这样可以大大地增加散热面积，降低温度升高约20%~30%。制动盘两侧表面不平行度不应大于0.008mm，盘的表面摆差不应大于0.1mm[1.8],制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm[13]。

（2）制动盘厚度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，制动盘厚度又不宜过小。带通风槽的制动盘的整体厚度较厚。

根据布置尺寸需要，制动盘厚度h取15mm。

（3）摩擦衬块内径R

1、外径R

2

、厚度h’

推荐摩擦衬块的外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。

制动盘半径R=D/2=138mm，所以摩擦衬块外直径R2取137mm。

因为R2/ R1≤1.5。所以R1≥R2/1.5=103mm。

综合考虑，R1取92mm。

验证，R2/ R1=137/92=1.49<1.5，符合要求。

制动块有背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。衬块多为扇形，也有矩形、正方形或长圆形的。活塞应能压住尽量多的制动块面积，以免衬块发生卷角而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液气化和减小制动噪声，可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘一层隔热减震垫。由于单位压力大和工作温度高等原因，摩擦衬块的磨损较快，因此其厚度较大。据统计，日本轿车和轻型汽车摩擦衬块的厚度在7.5mm~16mm之间，中、重型汽车的摩擦衬块的厚度在14mm~22mm之间。根据布置尺寸需要和强度要求，摩擦衬块厚度h’取8mm。

（4）摩擦衬块的工作面积A

推荐根据制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在1.6kg/cm2~3.5kg/cm2范围内选取。摩擦衬块的工作面积：

A=π·（R22- R12）·α/360°

根据所需面积，α取80°。

A=π·（1372- 922）·80/360=7191mm2

验证，每个制动器摩擦衬块面积A’=A·2=14382mm2

全车制动器摩擦衬块总面积A’’=A’·4=58992mm2=575.28cm2

2000kg/589.92cm2=3.48kg/ cm2<3.5 kg/ cm2，符合要求。

3.制动器制动力的计算

若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：

T f=2·f·N·R

式中：f—摩擦系数；

N—单侧制动片对制动盘的压紧力；

R—作用半径。

为满足制动器所需提供的制动力矩，所以T f =2·f ·N ·R ≥M ’= 3888（N ·m ） 制动液压系统可提供的压紧力为：

N= P 0·A w

式中：P 0 — 轮缸或管路液压（P 0取11MPa ）

A w — 活塞端面积

根据所需要求，活塞端面直径d w 取60mm ，则活塞端面积为： A w =π·（d w /2）2=π·（60/2）2=2827.4mm 2

N= P 0·A w =11·2827.4=31101N

对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，则取R 为平均半径R m 或有效半径R e 已足够精确。平均半径为：

1213792114.522

m R R R ++===mm 式中：R 1，R 2 — 扇形摩擦衬块的内半径和外半径。

令12

0.672R m R ==，则有效半径为： ()()22440.67211114.50.116033110.672m m R R m δ????=?-?=?-?=????++????????

m 综上，盘式制动器的制动力矩为：

T f =2·f ·N ·R=2·f ·31101·0.1160=3888（N ·m ） 解得：388822311010.1160

f

T f N R ===????0.54 (N ?m) 验证，制动摩擦系数取值范围0.25≤f ≤0.55，符合要求。