微型载货汽车盘式制动器毕业设计

第1章绪论

1.1研究的目的和意义

盘式制动器具有散热性好、制动效能稳定、抗水衰退能力强、易于保养和维修等优点,可广泛应用于飞机、铁路、车辆和工程机械。对盘式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。

高速行驶的轿车，由于频繁使用制动，制动器的摩擦将会产生大量的热，使制动器温度急剧上升，这些热如果不能很好地散出，就会大大影响制动性能，出现所谓的制动效能热衰退现象，制动器直接关乎生命。因此，制动器的设计是汽车的设计过程中非常重要的一环，确定制动器结构类型，设计制动器中传动的主要零部件，对主要零部件进行校核，对优化汽车制动性能和经济性能，培养我们严谨的设计能力及规范的设计程序具有重要意义，使我们在机械加工工艺规程编制、编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练，通过零件图、装配图绘制，使我们对AutoCAD 绘制软件的使用能力得到进一步的提高。

1.2制动系统国内外现状及发展趋势

汽车制动系是汽车总要组成部分，其作用是将行驶中的汽车减速或停车。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。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、停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性良好、制动系工作可靠的汽车，才能从份发挥其动力性能。

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；重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引汽车还应有自动制动装置。

汽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。构常采用双回路或多回路机构，以保证其工作可靠。

驻车制动装置用于汽车可靠而无时间限制的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是用液压或气压驱动，以免其产生故障。

应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，则可以用机械力源（如

强力压缩弹簧）实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统，它可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备的，因为普通的手力驻车制动器也可以起到应急制动的作用。

辅助制动装置用在山区行驶的汽车上，利用发动机排气制动或电涡流制动等的辅助制动装置，可使汽车下长坡时间而维持地减低或保持稳定车速，并减轻或解除行车制动器的负荷。通常，在总质量不大于5t可客车上和总质量不大于12t的载货汽车上装备这种辅助制动-减速装置。

汽车制动系应满足如下要求。

(1)应能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足规定和国家标准、法规制定的有关要求外、也应考虑销售对象所在对象在国家和地区的法规和用户要求；(2)具有足够的制动效能，包括行车制东效能和驻车制动效能，行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的。

从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。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。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。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生了很大变化[1]。

汽车制动系统的组成制动系统主要由下面的4个部分组成：

(1)供能装置：也就是制动能源，包括供给、调节制动所需能量以及各个部件，产生制动能量的部分称为制动能源；

(2)控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的部件；

(3)传动装置：包括把制动能量传递到制动器的各个部件；

(4)制动器：产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件，也包括辅助制动系统中的部件。现代的制动系统还包括制动力调节装置和报警装置，压力保护装置等辅助装置。

制动器的发展：制动器是制动的主要组成部分，目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器。鼓式制动器

又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。盘式制动器有固定钳式，浮动钳式，浮动钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应用。但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制，很多车是采用前盘后鼓的制动系统组成。电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机，在回收制动能量时起制动作用，它引入了新型的制动器。作为一种新的制动器型式，势必引起制动器型式的变革。电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点，将来汽车上会以盘式电制动器为主。

制动系统的发展趋势：已经普遍应用的液压制动现在已经是非常成熟的技术，随着人们对制动性能要求的提高，防抱死制动系统、驱动防滑控制系统、电子稳定性控制程序、主动避撞技术等功能逐渐融人到制动系统当中，需要在制动系统上添加很多附加装置来实现这些功能，这就使得制动系统结构复杂化，增加了液压回路泄漏的可能以及装配、维修的难度，制动系统要求结构更加简洁，功能更加全面和可靠，制动系统的管理也成为必须要面对的问题，电子技术的应用是大势所趋。

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，汽车上采用盘式制动器配置正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等方面都发挥了很大的作用。以下就盘式制动器在我国各类车型上的运用状况做一个简单的分析：

(1)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匹配方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑。

(2)在大型客车方面：气压盘式制动器产品技术先进性明显，可靠性总体良好，具有创新性和技术标准的集成性。我国从1997年开始在大客车和载重车上推广盘式制动器及ABS防抱死系统，因进口产品价格太高，主要用于高端产品。2004年7月1日交通部强制在7—12米高Ⅱ型客车上“必须”配备后，国产盘式制动器得以大行其道。北京公交电车公司、上海公交、武汉公交、长沙公交、深圳公交、广州公交等公司，都在使用为大客车匹配的气压盘式制动器。

(3)重型汽车方面：作为重型汽车行业应用型新技术，气压盘式制动器已经属于成熟产品，目前具有广泛应用的前景。2004年3月红岩公司率先在国内重卡行业中完成

了对气压盘式制动器总成的开发。2005年元月份中国重汽卡车事业部在提升和改进卡车底盘的过程中，在桥箱事业部配合下，将22.5英寸气压盘式制动器成功“嫁接”到了重汽斯太尔重卡车前桥上。气压盘式制动器在重汽斯太尔卡车前桥上的成功“嫁接”，解决了令整车厂及用户困扰已久的传统鼓式制动器制动啸叫、频繁制动时制动蹄片易磨损、雨天制动效能降低等一系列问题。气压盘式制动器首次在斯太尔卡车前桥上的应用，也为今后开发重汽高速卡车提供了经验和技术储备。与此同时陕西重汽、北汽福田、一汽解放、东风公司、江淮汽车等国内大型汽车厂均完成了盘式制动器在重型汽车方面的前期试验及技术贮备工作，盘式制动器在某些方面可以说成为未来重卡制动系统匹配发展的新趋势[1]。

1.3制动系统指标

车辆在行驶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。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐渐减小至0，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础,由于这一过程较为复杂,因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们主要从三个方面来对制动过程进行分析和评价[2]：

(1)制动效能:即制动距离与制动减速度；

(2)制动效能的恒定性，即抗热衰退性；

(3)制动时汽车的方向稳定性。

目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关传动系!制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上行驶,其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动系统性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。

众所周知，刹车时不能一脚踩死，而应分步刹车，一踩一松，直至汽车停下，但遇到急刹时，常需要汽车紧急停下来，很想一脚到底就把汽车停下，这时由于车轮容易发生抱死不转动，从而使汽车发生危险工况，比如前轮抱死引起汽车失去转弯能力，后轮抱死容易发生甩尾事故等等。制动系统具体指标如下[3]：

(1)具有良好的制动效能；

(2)具有良好的制动效能的稳定性；

(3)制动时汽车操纵稳定性好；

(4)制动效能的热稳定性好。

1.4主要设计内容

制定出制动系统的结构方案，液压驱动系统参数计算，确定制动系统和制动器主要的参数设计、参数计算，并依据制动器主要零件的结构设计要求得出主要零部件的尺寸，利用计算机辅助设计绘制装配图，布置图和零件图。最终进行制动力分配，对设计出的制动系统的各项指标进行评价分析。

第2章制动系统方案的选择

2.1制动形式方案分析

汽车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。一般摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。

1、鼓式制动器

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。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，带式制动器曾经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[3]。

鼓式制动器按蹄的类型分为：

(1)领从蹄式制动器

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

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

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

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

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、盘式制动器

按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。

钳盘式制动器的固定摩擦元件是制动块，装在与车轴连接且不能绕车轴轴线旋转的制动钳中。制动衬块与制动盘接触面很小，在盘上的中心角一般在30℃-50℃，故这种盘式制动器又称为点盘式制动器。

全盘式制动器中摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触，作用原理如同离合器，故又称离合器式制动器。全盘式中用得较多的是多片全盘式制动器。多片全盘式制动器既可用做车轮制动器，也可用做缓行器。从成本和使用情况考虑我选择钳盘式制动器。

钳盘式制动器按制动钳的结构不同，分为以下几种:

1.固定钳式

制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动。这种形式称为对置活塞式或浮动活塞式。

2.浮动钳式

(1)滑动钳式

制动钳可以相对于制动盘作轴向滑动，其中只在制动盘的内侧置有液压缸，外侧的制动块固装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动块压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动块压向制动盘的另一侧，直到两制动块受力相等为止。

(2)摆动钳式

它也是单侧液压缸结构，制动钳体与固定于车轴上的支座连接。为实现制动，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。显然，制动块不可能全面而均匀地磨损。为此，有必要将衬块预先做成楔形（摩擦面对背面的倾斜角为6°左右）。在使用

过程中，衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀（一般为1mm左右）后即应更换。

固定钳式制动器的优点有:至少有两个液压缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连接。这一方面式制动器的径向和轴向尺寸增大，增加了在汽车上的布置难度；另一方面增加了受热机会，使制动液温度过高而汽化；固定钳式制动器要兼做驻车制动器，必须在主制动钳上另外付装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或是采用盘鼓结合后轮制动器。辅助制动钳结构比较简单、摩擦衬块面积小。盘鼓结合式制动器中，鼓式制动器直径尺寸较小，常采用双向增力式制动器。与辅助制动钳式比较，它能产生可靠的驻车制动力矩。

浮动钳式制动器的优点有：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能更进一步靠近轮毂；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；成本低；浮动钳的制动块可兼用做驻车制动。

综合以上优缺点最终确定本次设计采用滑动钳式盘式制动器。

图2.1 盘式制动器工作原理

2.2制动驱动机构的结构形式选择

根据制动力原的不同，制动驱动机构可分为简单制动、动力制动以及伺服制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式和气压—液压式的区别。

2.2.1简单制动系

简单制动系即人力制动系，是靠司机作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力原。而传力方式有、又有机械式和液压式两种。

机械式的靠杆系或钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，因此仅用于中、小型汽车的驻车制动装置中。

液压式的简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短(0.1s—0.3s)，工作压力大(可达10 MPa—12MPa)，缸径尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，使之结构简单、紧凑，质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输，即产生所谓“气阻”，使制动效能降低甚至失效；而当气温过低时(-25℃和更低时)，由于制动液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及当有局部损坏时，使整个系统都不能继续工作。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车和部分中型货车上。但由于其操纵较沉重，不能适应现代汽车提高操纵轻便性的要求，故当前仅多用于微型汽车上，在轿车和轻型汽车上已极少采用[4]。

2.2.2动力制动系

动力制动系是以发动机动力形成的气压或液压势能作为汽车制动的全部力源进行制动，而司机作用于制动踏板或手柄上的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。在简单制动系中的踏板力与其行程间的反比例关系在动力制动系中便不复存在，因此，此处的踏板力较小且可有适当的踏板行程。

动力制动系有气压制动系、气顶液式制动系和全液压动力制动系3种。

1、气压制动系

气压制动系是动力制动系最常见的型式，由于可获得较大的制动驱动力，且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单、连接和断开均很方便，因此被广泛用于总质量为8t以上尤其是15t以上的载货汽车、越野汽车和客车上。但气压制动系必须采用空气压缩机、储气筒、制动阀等装置，使其结构复杂、笨重、轮廓尺寸大、造价高；管路中气压的产生和撤除均较慢，作用滞后时间较长(0.3s —0.9s)，因此，当制动阀到制动气室和储气罐的距离较远时，有必要加设气动的第二级控制元件继动阀(即加速阀)以及快放阀；管路工作压力较低(一般为0.5MPa—0.7MPa)，因而制动气室的直径大，只能置于制动器之外，再通过杆件及凸轮或楔块驱动制动蹄，使非簧载质量增大；另外，制动气室排气时也有较大噪声。

2、气顶液式制动系

气顶液式制动系是动力制动系的另一种型式，即利用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源的一种制动驱动机构。它兼有液压制动和气压制动的主要优点。由于其气压系统的管路短，故作用滞后时间也较短。显然，其结构复杂、质量大、造价高，故主要用于重型汽车上，一部分总质量为9t—11t的中型汽车上也有所采用。

3、全液压动力制动系

全液压动力制动系除具有一般液压制动系统的优点外，还具有操纵轻便、制动反应快、制动能力强、受气阻影响较小、易于采用制动力调节装置和防滑移装置，及可与动力转向、液压悬架、举升机构及其他辅助设备共用液压泵和储油罐等优点。但其结构复杂、精密件多，对系统的密封性要求也较高，故并未得到广泛应用，目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。

2.2.3 伺服制动系

伺服制动系是在人力液压制动系的基础上加设一套其他能源提供的助力装置。使人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力作为制功能源的制动系。在正常情况下，其输出工作压力主要动力伺服系统产生，而在动力伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。因此，在中级以上的轿车及轻、中型客、货汽车上得到了广泛的应用。

按伺服系统能源的不同，又有真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动系之分。其伺服能源分别为真空能(负气压能)、气压能和液压能。所以选择液压伺服制系统[5]。

2.3液压分路系统形式的选择

为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，即应是双回路系统，也就是说应将汽车的全部行车制动器的液压或气压管路分成两个或多个相互独立的回路，以便当一个回路发生故障失效时，其他完好的回路仍能可靠地工作。

(a)Ⅱ型回路(b)X型回路(c)KI型回路(d)LL型回路(e)HH型回路

图2.2 液压分路系统的形式

2.3.1 II型回路

前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，简称II型。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。这种分路布置方案在各类汽车上均有采用，但在货车上用得最广泛。这一