轿车盘式制动器设计与分析

关于《轿车盘式制动器的设计与分析》的开题报告

062109233 陈文镇

1.课题目的和意义

近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，车辆制动器在车辆的安全方面表现得越来越明显。目前汽车制动器主要分为鼓式和盘式两种，按照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。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。然而随着汽车速度的提高和对制动性能的要求越来越高，现代乘用车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用综合性能较好的盘式制动器。盘式制动器逐渐开始取代了鼓式制动器在汽车上应用。

因此设计一个性能稳定同时安全可靠地盘式制动器很重要，并且通过盘式制动器设计计算，有助于初步掌握汽车新产品的开发与设计的方法，培养了汽车零部件的设计能力，提高了综合运用所学知识解决实际问题的能力，具有十分重要的意义。

2.国内发展现状

随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采应用盘式制动器配置才逐步在我国形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。

在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合制动方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。目前大部分轿车(中档类如夏利、吉利、神龙富康、XX华普、捷达)、微型车（长安之星、昌河、丰田海狮、XX华利、江铃全顺）、高端轻卡（东风小霸王、江铃、瑞风、XX依维柯）、SUV及皮卡（XX长丰、江铃皮卡）等采用前盘后鼓式混合制动器。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，特别上国家安全法规的强制实施，前后轮都用盘式制动器是趋势。

3.国外汽车盘式制动器的发展

国外汽车研发机构经过多年的研究和试验，气压盘式制动器在所有的主

要性能方面

都优于传统的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司

制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成（这种气压盘式车轮制动器装配组

装在汽车的前后车桥总成上）。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面，今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。而且为了降低自重和经营成本，盘式制动器不仅用于主车的前后桥上，也装配于挂车车桥。2000年，国外装配盘式制动器的车桥已占到了所有车桥总成的一半以上。盘式制动器经过这几年的不断开发，不断改进，发展非常迅猛。自从戴—克装有Schmitz公司制造的22．5英寸盘式制动器以来，各公司都开发出自己的系列产品。世界著名的Wabco制动器制造公司为挂车已经开发出第二代19．5英寸盘式制动器PAN 19-1。该盘式制动器在保证功能和质量的前提下，对自重进行了优化，据说，与装有22．5英寸的标准制动器的车桥相比，重量差达48kg。Wabco的PAN 19-1盘式制动器不仅被SAF公司开发的SK RB 9019挂午桥采用，也被Trenkamp+Gehle公司的Protec 2挂车桥采用。Haldex公司现已开发出了17.5英寸、19.5英寸和22．5英寸三种规格的盘式制动器，以满足市场的各种需求。为民提高质量和降低自重，公司对产品作了一些改动，特别在重量上进行了优化处理。Haldex公司22.5英寸盘式制动器DB20也被SAF安装在9t级挂车桥SK RB 9022 上，奔驰公司的TE 5挂车桥也安装了Haldex

公司的制动钳。BPW还与Knorr公司合作，研制出一种新的盘式制动器，在这种盘式制动器上，固定制动钳是从侧面用螺栓连接，改变了一贯轴向用螺栓连接的方式。固定制动钳螺栓采用全长螺纹。该盘式制动器重量减轻8～10kg。另外电子技术也进入了车桥总成。在装有盘式制动器的车桥上，为了防止货车因盘式制动器磨损引发制动失灵，德国BPW公司还开发了称为“E—Base—轴(桥)”的一种电子报警系统。该小盒子它收集如轮胎气压，摩擦片磨损、制动温度等一些参数，然后传送给驾驶员或运输公司，可监视制动摩擦片的磨损情况。一旦发现制动摩擦片需要送维修站处理时，它可立即告知。该装置可在无电源时工作，可安装在挂车以外的任何地方，并与监视制动摩擦片的传感器连线，以黄、红报警灯显示制动摩擦片损坏程度。“E—Base—轴(桥)”还可与牵引车的CAN-Bus系统通过一个简单的接口对接。另外，Knorr和Schmitz Cargoboll公司合作开发了一种鞍式挂车用的电子稳定程序控制系统(ESP)。当桥的一侧负荷减轻，使用ABS时可能引发翻车。为了防止此类事故发生，利用该系统就能极早测出车轮打滑，并能预防控制另一侧的车轮制动。测出、计算到控制过程在0.4秒钟内就能完成，极大地防止了汽车侧翻，从而提高了制动器的其它功能。制动器的核心部件是中央控制和调节模块。这个模块拥有挂车制动的所有功能如ALS、ABS和向CAN—Bus发送信号。该系统已安装在Rotos桥中。奔驰和BPW公司已推出了样品。

4.汽车盘式制动器发展的趋势

现代汽车盘式制动器的研究和开发应注重的问题主要是．提高制动器

的制动效能、防止尘污和锈蚀，减轻重量、简化结构、降低成本，更多的是电子报警和智能化系统的发展．实用性更强与寿命更长。当前制动器的研究与差距主要是体现在驱动机构的电子化程度。2000年，国外装配盘式制功器的车桥已占到了所有车桥总成的一半以上。盘式制动器经过这几年的不断开发和改进，发展非常迅猛。各大公司除在原有轿车用液压盘式制动器有较大的发展外，更注重在中、重汽车领域开发气压盘式制动器。电子技术进入了车桥总成后，在装有盘式制动器的车桥上．为了防止货车因盘式制动器磨损引发制动失灵，德国BPW公司还开发了一种电子报警系统。它收集如轮胎气压、摩擦片磨损、制动温度等一些参数，然后传送给驾驶员或运输公司，可监视制动摩擦片的磨损情况。一旦发现制动摩擦片需要送维修站处理时，它可立即告知，并以黄、红报警灯显示制动摩擦片损坏程度。此外目前，ABS已成为这些国家生产轿车的标准装备，成为欧、美和日本的成熟产品，并以ABS为基础，延伸出许多更优越的电子制动系统，如：ASR、EBD、BAS、ESP、EBA、TCS、VDC及ACC等等。在车辆模块化、集成化、电子化、车供能源的高压化的趋势驱动下，车辆制动系统也朝着电子化方向发展，很多汽车和零部件厂商都进行了电制动系统的研究和推广，博世、西门子、特维斯等公司已经研制出一些试验成果，电制动系统必将取代传统制动系统，汽车底盘进一步一体化、集成化，制动系统性能也会发生质的飞跃。

5.制动盘主要参数的确定

5.1制动盘

制动盘一般由珠光体灰铸铁制成，

或用添加Cr，Ni等的合金铸铁制成。其结构形式有平板形（用于全盘制动器）和礼帽形（见右图，用于浮动钳盘式制动器）。后—种的圆柱部长度取决于布置尺寸。制动盘在工作时不仅承受着制动块的作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。

制动盘的工作表面应光滑平整，制造时应严格控制端面的跳动量，两侧表面的平行度不应大于0.008mm，盘的表面粗糙度不应大于0.1mm，制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm。

表4—1 一些轿车制动盘技术要求

5.2制动盘直径D

该车选用的轮胎规格为165/70 R13.查标准得轮辋直径Dr为330mm。

制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70%—79%。选取制动盘直径：

=75%Dr=0.75*330=248mm

前制动盘D

1

=70%Dr=0.7*330=231mm

后制动盘D

2