盘式制动器本科毕业设计论文

1.课题研究的目的及意义

汽车的设计与生产涉及到许多领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能、长寿命的制动系统。其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响，如果此系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。

汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。

车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。

现代汽车普遍采用的摩擦式制动器的实际工作性能是整个制动系中最复杂、最不稳定的因素，因此改进制动器机构、解决制约其性能的突出问题具有非常重要的意义。2.汽车制动器的国内外现状及发展趋势

对制动器的早期研究侧重于试验研究其摩擦特性，随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高，有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行。

目前，汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统，使其造价较高，故低端车一般还是使用前盘后鼓式。汽车制动过程实际上是一个能量转换过程，它把汽车行驶时产生的动能转换为热能。高速行驶的汽车如果频繁使用制动器，制动器因摩擦会产生大量的热量，使制动器温度急剧升高，如果不能及时的为制动器散热，它的效率就会大大降低，影响制动性能，出现所谓的制动效能热衰退现象。

在中高级轿车上前后轮都已经采用了盘式制动器。不过，时下还有不少经济型轿车采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器（即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器），这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为轿车在紧急制动时，负荷前移，对前轮制动的要求比较高，一般来说前轮用盘式制动器就够了。当然，前后轮都使用盘式制动器是一种趋势。在货车上，盘式制动器也有被采用的，但离完全取代鼓式制动器还有相当长的一段距离。

现代汽车制动器的发展起源于原始的机械控制装置，最原始的制动控制只是驾驶员

操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车重量比较小，速度比较低，机械制动已经能够满足汽车制动的需要，但随着汽车自身重量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要,从而开始出现了真空助力装置。另外，近年来则出现了一些全新的制动器结构形式，如磁粉制动器、湿式多盘制动器、电力液压制动臂型盘式制动器、湿式盘式弹簧制动器等。

3.课题研究的内容

制动器是制动系中最主要的一个部件，是制动系统中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。

凡是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩

擦制动器，摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。

目前广泛使用的是摩擦式制动器,盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器；摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛，仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器，以及全盘式制动器。钳盘式制动器中定钳盘式为制动钳固定在制动盘两侧，且在其两侧均设有加压机构。浮钳盘式制动器仅在制动盘一侧设有加压机构的制动钳，借其本身的浮动，而在制动盘的另一侧产生压紧力。又分为制动钳可相对于制动钳可相对于制动盘轴向滑动钳盘式制动器；与制动钳可在垂直于制动盘的平面内摆动的摆动钳盘式制动器。

鼓式制动器摩擦副中的旋转元件为制动鼓，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。

正如上面我们看的一样，制动器器的类型很多，那么每种类型的制动器器都适用什么类型的车呢？是不是有种减速器是完美无缺的？本课题就是来解决这些问题的。其实每种类型都有它的优缺点，我们本课题要研究的内容就是要通过分析设计，找出不同类型的减速器的优缺点。了解了他们的优缺点后我们就能更好更充分的利用它们，为汽车优化设计提供方便。

4.完成课题的实验条件、预计设计过程中可能遇到的问题以及解决的方法和措施

由于对专业知识的不熟练，可能需要查阅众多的资料。根据设计车型的特点，合理计算该车型制动系统制动力及制动器最大制动力矩、鼓式制动器的结构形式及选择、鼓

式制动器主要参数的计算与确定、摩擦衬块的磨损特性计算、制动器热容量和温升的核算、制动力矩的计算与校核、在二维或三维设计平台AUTO CAD中完成鼓式制动器零件图以及装配图的绘制、设计合理性的分析和评价等。

本次设计的目的是通过合理整和已有的设计，阅读大量文献，掌握机械设计的基本步骤和要求，以及传统的机械制图的步骤和规则；掌握鼓式制动器总成的相关设计方法，以进一步扎实汽车设计基本知识；学会用AUTO CAD,UG等三维软件进行基本的二维或三维建模和制图，同时提高分析问题及解决问题的能力。提出将各种设计方法互相结合,针对不同的设计内容分别应用不同的方法,以促进其设计过程方法优化、设计结果精益求精。

5.毕业设计实施计划

第1-4周：查阅资料，分析课题研究的内容，外文翻译，写开题报告；

第5-6周：比较分析各种不同类型主减速器的优缺

第7-8周：分析确定几种不同类型的主减速器，并绘制出草图

第9-10周：具体数据计算

第11-15周：确定主减速器总装配图并绘制总装配图：

均为计算机绘图；

第16-17周：撰写毕业论文，准备答辩。

参考文献及有关资料

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摘要

制动器是制动系统的重要组成部分，本论文主要介绍了商务车的制动器设计。从盘式和鼓式制动器的结构与性能对比入手，考虑到盘式制动器制动效能更好，且尺寸和质量都相对较小，散热性能好，且所设计商务车的发动机转矩和功率较大，车速较高，整体性能较好，属于中高档车，故本设计前后轮均选用了浮盘式制动器。

基本结构选定后本论文对制动器展开了以下设计。第一制动系的参数：包括制动力分配系数、同步附着系数、制动强度、附着系数利用率以及最大制动力矩等参数的选择计算；第二制动器及其零部件：制动盘、制动钳体、摩擦衬块等制动器零部件的尺寸计算与材料选择；第三驻车制动：本设计选用了后轮驻车制动，在后轮盘式制动器上加装了驻车制动的机械结构；第四制动驱动机构：制动轮缸、制动主缸、以及踏板行程的设计计算。

上述完毕后对所设计的制动器进行了制动减速度与制动距离的验算，对制动效能的稳定性以及制动时的方向稳定性进行了分析，并用MATLAB绘图功能绘制出了前后轴制动力分配曲线，上述均符合设计要求，验证了该制动器设计的合理性。最后，根据设计与计算用CAD绘制出了该商务车制动器的装配图和制动钳体、制动盘、活塞、摩擦衬块等零件图，并对其进行了三维建模。

除此之外，本论文简单介绍了制动驱动机构的结构型式选择，制动主缸，制动管路的多回路系统的选择以及制动器的研究现状及发展前景。

关键词：盘式制动器 CAD MATLAB 设计建模

Abstract

Brake is an important part of brake system, this paper mainly introduces the design of commercial vehicle brake. From the comparison of drum brake and disc brake about the structure and performance, because the disc-brake braking performance is better, and size and quality are relatively small, thermal performance is good, and the commercial vehicle designed torque and power is larger, high speed, good performance, belongs to high-grade car, so this design sense are chosen floating disc brakes.

This paper start the following steps after selecting the basic structure. First, the parameters of braking power distribution coefficient include: adhesion coefficient, synchronous adhesion coefficient, strength, and brake, and maximum braking torque parameters calculation, etc. The second brake and its components: the brake disc and calliper, friction lining block size of components etc brake calculation and material selection, The third in the design in the rear brake selection in the rear brake disc, install the parking brake on the mechanical structure, Fourth: brake wheel drive mechanism brake cylinder, the brake pedal stroke the cylinder, and the design calculation.

After the design of brake ,this paper start the checking of braking deceleration and braking distance, analyzed the stability of braking efficiency and braking direction, and drawn out with MATLAB braking force distribution curve, above all comply with the design requirements, and verifies the rationality of the design of the brakes. Finally, according to the design and calculation using CAD drawing brake assembly and brake caliper disc brake, piston, liner, friction parts ,at the same time ,the paper also carried a three-dimensional modeling.

In addition, this paper briefly introduces the drive mechanism brake type selection, brake main cylinder pipe, braking system, the selection of multi-loop research status of brake and development prospects.

Key words: brake disc CAD MATLAB design modeling

目录

摘要 ................................................................... I 1 绪论 .. (1)

1.1制动系统的基本概念 (1)

1.2制动系统研究现状 (2)

1.3课题主要内容 (3)

1.4课题研究方案 (4)

2 制动器的结构形式选择 (5)

2.1鼓式制动器结构形式简介 (5)

2.2盘式制动器结构形式简介 (7)

2.3盘式制动器的优缺点 (8)

2.2该商务车制动器结构的最终选择 (8)

3 制动系的主要参数及选择 (10)

3.1制动力与制动力分配系数 (11)

3.2同步附着系数 (15)

3.3制动强度和附着系数利用率 (17)

3.4制动器最大制动力矩 (18)

3.5 制动器因数 (19)

3.6盘式制动器主要参数的确定 (20)

4 制动器的设计计算 (21)

4.1摩擦衬块的磨损特性计算 (21)

4.1.1比能量耗散率 (21)

4.1.2比滑磨功 (22)

4.2制动器热容量和温升核算 (23)

4.3盘式制动器制动力矩的计算 (24)

4.4驻车制动计算 (25)

5 制动器主要零部件的结构设计与计算 (27)

5.1制动盘 (27)

5.2制动钳 (28)

5.3制动块 (28)

5.4摩擦材料 (28)

5.5制动轮缸 (29)

5.6制动间隙的调整方法及相应机构 (29)

6 制动驱动机构的结构形式选择与计算 (31)

6.1制动驱动机构的结构型式选择 (31)

6.2制动管路的多回路系统 (36)

6.3液压制动驱动机构的设计计算 (38)

6.3.1制动轮缸直径与工作容积 (38)

6.3.2制动主缸直径与工作容积 (39)

6.3.3制动踏板力与踏板行程 (40)

6.3.4制动主缸 (40)

7 制动性能分析 (42)

7.1制动性能评价指标 (42)

7.1.1制动效能 (42)

7.1.2制动效能的恒定性 (43)

7.1.3制动时汽车的方向稳定性 (43)

7.2制动器制动力分配曲线分析 (44)

结论 (45)

致谢 (46)

参考文献 (47)

附录A 外文翻译 (48)

附录B 制动器装配图及三维建模 (57)

附录C MATELAB编制制动力分配曲线 (63)

1绪论

1.1 制动系统的基本概念：

使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为制动；汽车上装设的一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的制动，这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力；这样的一系列专门装置即称为制动系。

这种用以使行驶中的汽车减速甚至停车的制动系称为行车制动系；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的装置，称为驻车制动系。这两个制动系是每辆汽车必须具备的。

图1.1 汽车制动系组成

1-制动助力器； 2-制动灯开关； 3-驻车制动与行车制动警示灯； 4-驻车制动接触装置；

5-后轮制动器； 6-制动灯； 7-驻车制动踏板； 8-制动踏板；

9制动主缸；10-制动钳；11-发动机进气管； 12-低压管； 13-制动盘

任何制动系都具有以下四个基本组成部分（如图1.1所示）：

供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。

控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。

传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件

制动器：产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中包括辅助制

动系中的缓速装置。

按制动能源来分类，行车制动系可分为，以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系称为人力制动系；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的则是动力制动系，其制动源可以是发动机驱动的空气压缩机或油泵；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系称为伺服制动系。

驻车制动系可以是人力式或动力式。专门用于挂车的还有惯性制动系和重力制动系。按照制动能量的传输方式，制动系可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等。同

时采用两种以上传能方式的制动系可称为组合式制动系。

制动系统是评价汽车安全性的一个重要因素，也是汽车的重要组成部分之一。当

今汽车行业已经非常发达，人类对汽车的性能要求也越来越高。一款安全、轻便、环保、经济的制动系统可以大大提高汽车的性能。这也是汽车设计人员不断追求的目标。

1.2 制动系统研究现状：

目前，车辆主要还是采用盘式和鼓式制动器的组合形式。虽然盘式制动器的使用经

济性现在有所提高，但是与鼓式制动器比起来还是贵得多。当然，气压盘式制动器的性

能更优越，内衬的使用寿命更长，维修间隔和保养技术也进一步提升。

摩擦材料现在更大程度的向有机材料类型转变，这对盘式制动器的发展来说是一个

契机，可以使得气压盘式制动器在更高的温度下运行，而鼓式制动器材料是不能承受这

样的温度的。鼓式制动器的发展已经达到了最高限度。

因此，汽车制动器未来的发展重点是浮钳式盘式制动器。尤其在前轮安装的通风盘

式制动器又是发展重点。另外，作为需要在增大制动力的一种制动产品，双盘式制动器

在商用车应用的气压式双盘式制动器将是未来发展的方向。在后轮盘式制动器中，带驻

车制动器功能的盘中鼓式制动器将是未来发展的一种趋势。随着BBW技术的发展，盘式

电动制动器是未来发展的重点方向。

在材料选择方面：80年代之前，国内外都主要采用有石棉树脂型摩擦材料用于汽车

制动，但因石棉摩擦产生有毒粉尘吸入人体后对肺产生影响，以及产生环境污染，同时

在高速、高温下，石棉材料的强度、摩擦系数、耐磨性能等均下降，因此，汽车制动系无石棉化已是一种必然的发展趋势。国外从70年代就开始禁止采用石棉用做制动材料，我国在1999年修改的GB12676-1999法规也明确规定“2003年10月1日之后，制动衬片应不含石棉”。目前国际上第三代摩擦材料诞生——无石棉有机物NAO片。主要使用玻璃纤维、芳香族聚酰纤维或其它纤维（碳、陶瓷等）作为加固材料。其主要优点是：无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，代表目前摩擦材料的发展方向。

目前国内多以半金属纤维增强复合摩擦材料应用最为普遍。但一些企业和地方根据本身的特点，也在研究新型摩擦材料，比如由河北工业大学所承担的科研项目“替代石棉制品汽车制动摩擦片的研制”中，采用当地的海泡石纤维来研制摩擦材料取得初步成功；西安交大与广东省东方剑麻集团有限公司联合研制采用剑麻作为增强纤维也初步取得成功，据报道该制动器的摩擦系数、磨损率、硬度、冲击韧性等各项性能均达到国家标准、具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。另外，国内还有人研究采用水镁石做摩擦材料。不同的纤维有不同的优缺点，因此研制一种比较符合各种要求的摩擦材料也就成为人们的追求。但不管如何，未来汽车制动摩擦材料必须是环保化、安全化、轻量化以及低成本的原则。

另外，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。

1.3 课题主要内容：

题目简介：后轮驱动；总长4300mm；总宽1790mm；轴距2576mm；前轮距1460mm；后轮距1473mm；整备质量1598kg；发动机排量2.5L，最大功率85kw/5500r/min，最大

转矩158 N ·m /4000r/min ，压缩比8.7:1；五档手动变速器，推荐传动比：1i =3.6，2i =2.123，3i =1.458，4i =1.070，5i =0.857，R i =3.5；推荐主减速比：4.111；最高车速：200km/h 。

根据所给商务车的技术参数及性能参数，并综合考虑制动器的设计要求，如下：

1）具有足够的制动效能。

2）工作可靠。

3）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。

4）防止水和污泥进入制动器工作表面。

5）制动能力的热稳定性良好。

6）操纵轻便，并具有良好的随动性。

7）制动时，制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有还的石棉纤维等物质，以减少公害。

8）作用滞后性应尽可能好。

9）摩擦衬片应有足够的使用寿命。

10）摩擦副磨损后，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。

11）当制动驱动装置的任何元件发生故障并是使基本功能遭到破坏时，汽车制动系应

有音响或光信号等报警提示。

结合以上参数及要求，适当考虑经济因素，设计一款合适的汽车制动器并通过绘图软件将该制动器布置图绘出。

1.4 课题研究方案：

1）制动器的结构方案分析及选择。分析该商务车制动器的设计要求，通过比较、计算以及查阅相关资料，选出适合的结构方案。

2）制动系的主要参数及其选择。选择制动力、制动力分配系数、制动强度、最大制动力矩等。

3）制动器的设计和计算。根据所选方案与参数，分析计算制动器的制动因数、摩擦衬块的磨损特性，核算制动器热容量和温升等

4）制动器主要零部件的结构设计与计算

5）制动驱动机构的结构形式选择与设计计算

6）综合上述设计与计算，用绘图软件绘制该制动器的零部件图及总布置图

2 制动器的结构形式选择

2.1鼓式制动器结构形式简介

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，它已经广泛用干各类汽车上。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半袖套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上。制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外因柱表面与制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。鼓式制动器按蹄的类型分为：

图 2.1 鼓式制动器简图

（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式

（1）领从蹄式制动器

如图2.1（a）(b)所示，若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转)，则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应地使领蹄与从蹄也就相互对调了。这种当制动鼓正、反方向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄式制动器。领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称为减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。

领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变，且结构简单造价较低，也便于附装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。

（2）双领蹄式制动器

若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄式制动器。显然，当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为单向双领蹄式制动器。如图2.1(c)所示，两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的，因此，两蹄对制动鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式制动器。

双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时则变为双从蹄式，使制动效能大降。这种结构常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动时，前轴的动轴荷及附着力大于后轴，而倒车时则相反。

（3）双向双领蹄式制动器

如图2.1（d）当制动鼓正向和反向旋转时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后车轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动。

（4）单向增力式制动器

如图2.1（e）单向增力式制动器如图所示两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一种非平衡式制动器。单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。因此，它仅用于少数轻、

中型货车和轿车上作为前轮制动器。

（5）双向增力式制动器

如图2.1（f）将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸，其上端的支承销也作为两蹄共用的，则成为双向增力式制动器。对双向增力式制动器来说，不论汽车前进制动或倒退制动，该制动器均为增力式制动器。

双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多，而且常常将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器，但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。双向增力式制动器也广泛用作汽车的中央制动器，因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高，而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温，故其热衰退问题并不突出。

2.2 盘式制动器结构形式简介

盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。

（1）钳盘式

钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。

①定钳盘式制动器：这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。

②浮动盘式制动器：浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动；另一种是制动钳体可绕一支承销摆动。故有滑动和摆动之分，其中滑动应用的较多。它们的制动油缸均为单侧的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动活动制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两制动块总成受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的(摩擦表面对背面的倾斜角为6°左右)。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般约为l mm)后即应更换。这种制动器具有以下优点：仅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加之液

压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小。

（2）全盘式

在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。

2.3 盘式制动器的优缺点

盘式制动器比鼓式制动器的优点：

（1）热稳定好，原因是一般无自行増力作用，衬块摩擦表现压力分布较鼓式中的衬片更为均匀，此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄的中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退，制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题，因此，前轮采用盘式制动器。汽车制动时不易跑偏。

（2）水稳定性好，制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多，又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一，二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。

（3）制动力矩与汽车运动方向无关。

（4）易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。

（5）尺寸小，质量小，散热良好。

（6）压力在制动衬块上的分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。

（7）更换衬块简单容易。

（8）衬块与制动盘之间的间隙小（0.05-0.15mm），从而缩短了制动协调时间。

（9）易于实现间隙自动调整。

（10）能方便地实现制动器磨损报警，以便及时更换摩擦衬块。

盘式制动器的主要缺点：

（1）难以完全防止尘污和锈蚀（封闭的多片全盘式制动器除外）。

（2）兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。

（3）在制动驱动机构中必须装有助力器。

（4）因为衬块工作表面小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。

2.4该商务车制动器结构的最终选择

汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。

当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器成本相对低廉，比较经济。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。

纵观现代商务车市场，随着人类对汽车安全性能重视的加剧，为了保持制动力系数的稳定性以及考虑到盘式制动器的优点，在商务车领域盘式制动器已基本取代鼓式制动器，特别是浮动钳盘式。根据制动盘的不同，盘式制动器还可分为普通盘式和通风盘式。普通盘式我们比较容易理解，就是实心的。通风盘式就是空心的，顾名思义具有通风功效，指的是汽车在行使当中产生的离心力能使空气对流，达到散热的目的，这是由盘式碟片的特殊构造决定的。从外表看，它在圆周上有许多通向圆心的洞空，这些洞空是经一种特殊工艺（slotteded drilled）制造而成，因此比普通盘式散热效果要好许多。由于制造工艺与成本的关系，一般中高级轿车中普遍采用前通风盘、后普通盘的制动片。如Passat,Vento Golf2.0,Corrado等车，部分高级轿车采用前后通风盘。值得一提的是，在前轮使用通风盘正在逐步取代使用实心盘。ABS把大部分的制动力分配到前轮，防止甩尾，对前刹的散热要求很高，所以一般前轮都会采用通风盘。

综上所述，本次商务车设计，前后轮均采用浮动钳盘式制动器。其中前轮制动盘选择通风盘，后轮选择普通盘，并且在后轮上设置驻车制动传动装置。

第三章：制动器主要参数及其选择

盘式制动器设计的一般流程为：根据设计要求，所给数据，依据国家标准确定出整车总布置参数。在有关的整车总布置参数及制动器结构型式确定之后，根据已给参数并参考已有的同等级汽车的同类型制动器，初选制动器的主要参数，并据以进行制动器结构的初步设计；然后进行制动力矩和磨损性能的验算，并与所要求的数据比较，直到达到设计要求。

之后再根据各项演算和比较的结果，对初选的参数进行必要的修改，直到基本性能参数能满足使用要求为止；最后进行详细的结构设计和分析。

在这里先给出该商务车的整车参数：

1.尺寸参数：

长度：4300mm ； 宽度：1790mm ； 高度：1582mm 轴距：2576mm ；

前轮距：1460mm ； 后轮距：1473

质心高度：空载 690mm ； 满载 710m

质心到前轴的距离：空载1240 ； 满载1396

质心到后轴的距离：空载1336 ； 满载1280

2.质量参数：

整车整备质量：1598kg ；

总质量：2145kg ；

前轴载荷：空载828kg 满载1015kg

后轴载荷：空载770kg 满载1130kg

3.性能参数

发动机排量：2.5L ；

最大功率：85kw/5500r/min

最大转矩：158 N?m /4000r/min

压缩比：8.7:1；

五档手动变速器：1i =3.6，2i =2.123，3i =1.458，4i =1.070，5i =0.857，R i =3. 推荐主减速比：4.111；

最高车速：200km/h 。

轮胎有效半径：365mm

3.1制动力与制动力分配系数

汽车制动时，如果忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，则任一角速度0＞ω的车轮，其力矩平衡方程为

0=-e B f r F T (3.1)

式中：f T ——制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转

方向相反，N ·m ；

B F ——地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面

制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N ；

e r ——车轮有效半径，m 。

假设当时速080/22.2/v Km h m s ==，至汽车停止时速度0t v =。刹车距离16s =。由2202t v v as -=，B F ma =

得 ` 215.4/,33033B a m s F N ==

由前后轮分配可知：(假设0.69β=)

前轮的其中一个轮 113303369%113962

B F N N =??= 后轮的其中一个轮 113303331%51202

B F N N =??= 因此，由公式（3.1）求得 14159.5f T N m =?；21868.8f T N m =?

令 e f

f r T F = (3.2)

并称之为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，又称为制动周缘力。f F 与地面制动力B F 的方向相反，当车轮角速度0＞ω时，大小也相等。f F 取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压成正比。当加大踏板力以加大f T ，f F 和B F 均随之增大。但地面制动力B F 受着附着条件的限制，其值不可能大于附着力?F ，即

B F ≤??Z F = (3.3) ??Z F F B ==max (3.4)

式中：?——轮胎与地面间的附着系数； Z ——地面对车轮的法向反力。

当制动器制动力f F 和地面制动力B F 达到附着力?F 值时，车轮即被抱死并在地面上

滑移。此后制动力矩f T 即表现为静摩擦力矩，而e f f r T F /=即成为与B F 相平衡以

图 3.1 制动力与踏板力P F 的关系

图3.2 制动时的汽车受力图

阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。当制动到ω=0以后，地面制动力B F 达到附着力?F 值后就不再增大，而制动器制动力f F 由于踏板力P F 的增大使摩擦力矩f T 增大而继续上升（图3.1）。

根据汽车制动时的整车受力分析（图3.2），并考虑到制动时的轴荷转移，可求得地面对前、后轴车轮的法向反力21,Z Z 为

)(21dt du g h L L G Z g +=

)(12dt du g h L L G Z g -=

(3.5) 式中：G ——汽车所受重力；

L ——汽车轴距；

1L ——汽车质心离前轴距离；