汽车盘式制动系统结构设计

毕 业 设 计（说明书）届题 目汽车盘式制动系统结构设计专 业机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 14700 完成日期 2011 年 5 月 8 日 汽车盘式制动系统结构设计摘 要：本设计主要根据汽车（针对一般轿车）盘式制动的特点，对制动系统结构进行进一步的研究和设计。首先通过查阅相关的文献资料，我了解了汽车盘式制动系统的工作原理。根据其工作原理，设计合适的零部件结构或选择已有的零部件，组成一个可循环实现的制动系统，从而提出能实现制动效果的若干可行方案，并且通过比较，选择出最佳的研究方案。本文主要实现盘式制动系统的整体液压传动原理，分别对制动钳的设计，制动管路的分布方式，主油缸的设计进行详细的论述,并且通过计算和校核，验证是否能达到良好的制动效果和强度。关键词：液压传动；制动钳；制动管路；主油缸Automotive Braking System DesignAbstract: This design is mainly based on the car (to general characteristics of car) for disc brake system structure, further research and design. First, by consulting relevant literature material, I have understood car disc brake system principle of work. According to the working principle, this paper will design the right parts structure or choose existing components, form a circulating brake system, and then puts forward some braking effect can realize the feasible scheme, and through comparing, choose the best research plan. This paper mainly realizes disc brake system whole hydraulic transmission principle and detailed discussing the design of brake caliper, brake pipe distribution mode, the design of main oil cylinder and through calculation and checking, whether can achieve good validation braking and. strength.Key words: hydraulic transmission; brake caliper; distribution mode; master cylinder.目录第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 课题研究意义 .11.3 研究课题的选择 .21.4 现状及发展趋势 .21.5 本章小结 .3第 2 章 总体方案的确定 .42.1 设计内容 .42.1.1 设计任务 .42.1.2 设计要求 .42.2 设计方案 .52.2.1 制动钳的方案选择 .52.2.2 制动总泵的方案选择 .62.2.3 制动管路的方案选择 .7第 3 章 盘式制动器主要部件的设计 .93.1 制动盘的设计 .93.1.1 制动盘的直径 .93.1.2 制动盘的厚度 .93.1.3 制动盘的材料 .93.2 制动卡钳的设计 .93.3 制动块的设计 .93.4 制动钳活塞回位设计 .10第 4 章 制动系统的设计计算 .124.1 制动系统的主要技术参数 .124.2 制动系统的主要计算 .124.2.1 同步附着系数的确定和制动力分配系数的计算 .124.2.2 前后轴车轮制动器制动力的计算 .124.2.3 前后轴制动器制动力矩的计算 .144.3 制动器因数 .154.4 制动器液压驱动机构设计计算 .154.4.1 制动轮缸直径的确定与工作容积的计算 .154.4.2 制动主缸直径确定和工作容积的计算 .16第 5 章 校核 .175.1 管路压力校核 .175.2 制动踏板行程校核 .175.3 制动踏板力校核 .185.4 制动距离校核 .185.5 摩擦衬片的磨损特性计算校核 .185.6 回位弹簧刚度强度的校核 .195.6.1 根据工作条件选择材料并确定许用应力 .205.6.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 .205.6.3 根据刚度条件，计算弹簧圈数 .205.6.4 验算 .205.7 驱动轴的强度校核 .215.7.1 轴的强度校核 .215.7.2 花键连接强度计算 .22第 6 章 总 结 .23参 考 文 献 .24致 谢 .25附录 图纸列表 .26湖州师范学院求真学院本科毕业设计说明书0第 1 章 绪论1.1 课题背景制动器是汽车制动系统中真正使汽车停止下来的部件，现代汽车的制动装置一般有以下要求：1、以较短的距离实现制动；2、具有稳定的制动效果；3、制动装置具备足够的强度，且耐久性良好；4、检测方便，更换起来不复杂；因此制动系统的良好设计有利于提高汽车的整体性能。针对以上要求，一般汽车的制动系统多采用盘式制动器和鼓式制动器相结合，即汽车的前轮上装盘式制动器，后轮装上鼓式制动器，有些汽车四个车轮上都装有盘式制动器，可见盘式制动器的普及相当的迅速。利用盘式制动器能提高汽车主动安全性，并且较好的解决了制动噪音污染、维修频繁、易受粉尘污染等鼓式制动器无法解决的问题 1。根据不同的工作方式和使用目的，盘式制动系统又可以分气压式、液压式、和复合式 2。目前的轿车一般都采用液压式制动器，一 般 只 有 装 载 质 量 在 8 千 克 以 上 的 载 货 汽 车 和 大 客 车 才使 用 气 压 式 制 动 系 统 。盘式制动器由 液 压 控 制 ， 制 动 力 通 过 真 空 助 力 器 把 力 放 大 ， 传 递 到 主油 缸 处 ， 主 油 缸 产 生 的 液 压 再 传 递 到 制 动 器 上 ， 最 后 实 现 制 动 。 主 要 涉 及 到 的 零 部 件 有 制动 盘 、 制 动 块 、 制 动 钳 、 活 塞 等 。 为 了 降 低 制 动 盘 工 作 时 的 温 度 ， 现 在 的 制 动 盘 都 是 有 通 风设 计 的 ， 即 径 向 叶 片 设 计 ， 并 且 在 制 动 卡 钳 、 制 动 总 泵 ， 管 路 分 布 设 计 等 方 面 不 断 更 新 ， 改善 。 总 之 ， 作为一种新的制动部件，盘式制动器正越来越广泛地应用于轿车、客车、重型载货车上，因此具有广阔的市场前景。1.2 课题研究意义在间断制动状态下，盘式与鼓式制动器的制动能力相差不大。但盘式制动器在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。但在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。在长距离的坡路上驶下，盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全因数有着很大的差别。由于盘式制动器与鼓式制动器相比较有很大的优势，所以现在盘式制动器的应用非常普及 3。与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点具体如下：（1）稳定性好。制动块作用于制动盘的单位压力高，容易将沾附在制动块上的水挤出，车轮转动时产生的离心力能将沾水甩出，再加上制动块对制动盘的擦拭作用，制动器出水后只需经一两次制动即能恢复正常；而鼓式制动器就比较麻烦，需要经过十几余次制动才能恢复正常的制动效果。另外由于盘式制动器的制动力矩与其制动油缸的活塞推力及摩擦系数成线性关系，同时无自行增势作用，因此在制动过程中制动力矩增长较和缓，与鼓式制动器相比，能保证制动的稳定性。 （2）散热性好。因为摩擦衬块的尺寸不大，其工作表面面积仅为制动盘表面面积的 15%左右，再加上制动盘采用通风设计，故散热性好。（3）盘式制动器的结构尺寸和质量比鼓式制动器的要小。 （4）盘式制动器的摩擦衬块比鼓式制动器的摩擦衬块在磨损后更易更换，结构也较简单，维修、保养也容易。 （5）制动盘与摩擦衬块间的间隙小，缩短了油缸活塞作用制动块的时间。 （6）易于构成多回路制动驱动系统，使系统具有较好的安全性，以保证汽车在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳安全地制动。 （7）制动块湖州师范学院求真学院本科毕业设计说明书1上安装磨损报警装置，提示摩擦衬块磨损至极限，以便能及时地更换摩擦衬块，如图 1-1 所示，当摩擦衬块 3 磨损到极限时，警告片 2 就会和制动盘 4 摩擦到而发出巨响，提醒车主该更换制动块了。1警告片 2背板 3摩擦衬块 4制动盘图 11 盘式制动器的报警装置但是盘式制动器还是存在一些缺陷的，比如难于完全防止尘污和锈蚀，挤压制动片的作用力必须较大，制动片磨损快等，所以进一步研究并完善盘式制动是非常有必要的，研究这个项目，是为了了解汽车盘式制动器的结构，从中得到相关知识，掌握机械设计的过程和原理，并把自身所学应用到实际的设计中，也是一次对大学四年所学知识的回顾。1.3 研究课题的选择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健装置，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、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。所以对制动系统的研究和改进是当务之急。因此，我选择盘式制动器的结构设计作为研究对象，通过自己的研究体会设计的过程，同时增强对专业知识的掌握。1.4 现状及发展趋势21 世纪的盘式制动器的 制 动 盘 与 以 往 有 所 不 同 ， 盘 上 开 了 许 多 小 孔 ， 不 仅 起 到 加 速 通 风散 热 和 提 高 制 动 效 率 的 作 用 ， 而 且 也 减 轻 了 制 动 盘 的 质 量 4。 制 动 盘 上 联 接 着 制 动 钳 ， 其 构造 又 可 分 为 定 钳 盘 式 和 浮 钳 盘 式 。 制 动 主 油 缸 是 将 制 动 踏 板 的 踩 踏 力 转 换 为 液 压 的 装 置 ， 其种 类 还 包 括 利 用 一 个 活 塞 的 单 制 动 总 泵 和 利 用 串 联 两 个 活 塞 串 联 的 式 制 动 主 油 缸 。 另 外 在 制动 盘 制 动 块 方 面 ， 许 多 汽 车 公 司 进 行 了 设 计 和 改 进 ， 比 如 SAB Wabco 公 司 设 计 的 脉 状 通 风设 计 盘 5和 VOLVO 汽 车 公 司 设 计 的 目 测 磨 损 指 示 器 6。从理论上来说，用制动盘和卡钳作为制动器的重要部分已经有是很成熟的技术了，要想开发新型制动系统，就要在制造工艺和材料上下手 7。由于交变应力及热应力的作用, 制动盘表面也容易产生表面疲劳磨损 8，所以提高制动盘的硬度，才能获得了较好的效果。保时捷公司率先把陶瓷制动盘工艺引用到了实际产车中，而奥迪公司研发的新型陶瓷制动盘已成为奥迪部分车型的选配装置 9。陶瓷制动盘,准确地说是用碳纤维材料制造的制动盘。然后在其表面用热处理工艺渗入进去一些陶瓷分子，这一系列的工艺都是在高温下进行的，因此它的耐热性非常好，而其表面又渗有一层高科技陶瓷，所以表面的耐热程度也比普通金属制动盘更高，这样使用寿命也就更长了。配合钻孔、划线，让整套制动系统的性能更加优越。所以陶瓷材料会是将来制动盘的主打材湖州师范学院求真学院本科毕业设计说明书2料 10。再如电子制动系统如 ABS 的需求作用日益明显 131415。原来 ABS 只用于高级轿车上，现在已经普及到中级轿车，今后几年，在国内也将成为普通轿车的标准配置。对传统汽车制动系统产品来说， “低端轿车高配置”将是现在市场需求的一种新特点。1.5 本章小结盘式制动器不仅重量轻，构造简单，调整方便，更适应汽车在连续运转、高温、高负载的情况下对制动性能要求，而且降低了材料、能量的消耗，提高了汽车的操作性和舒适性，并且针对一些不足之处，正在努力改进，努力研发，以达到延长制动器使用寿命的功效。可以说未来几年盘式制动器将会越来越完善，在国内也将会得到快速的推广和应用 14。结合上述对盘式制动系统的研究和分析，我需要做的工作是对盘式制动的结构进行完整的设计，从传递制动力开始直到完成制动作用，再到解除制动。主要研究的方案集中在制动钳的设计，主油缸的设计，管路的分布设计及部分零件的设计，如制动盘，制动块，活塞等。通过多种方案的探讨，确定一套最好的研究方案，根据其发展趋势试图设计出能使其提高制动效能、防止生锈和粘污、减轻重量、简化结构、降低成本、实用性更强与寿命更长的结构。湖州师范学院求真学院本科毕业设计说明书3第 2 章 总体方案的确定2.1 设计内容2.1.1 设计任务本次设计的主要目标是进一步研究盘式制动系统的传动原理，并在此基础上得到相关的可行的改进方案，通过比较筛选，挑选最佳的方案进行研究，以获得最理想的制动效果。总体说来必须符合以下内容：1、实现循环的制动操作；2、制动效能稳定；3、设计的机构简单；4、符合实际。 主要的研究内容是整个盘式制动系统的传动原理，即借助零部件，机构等完成制动全过程的方法。制动器的设计，主油缸的设计，制动管路的分布方式。制动器的设计直接影响制动效果的发挥，主油缸的设计也关乎制动性能，更涉及人们的生命安全，不同制动管路的分布起到不同的制动效果，我们需要设计出一种保护乘用人的生命安全的最佳的分布方式。盘式制动的工作原理 1516（如图 2-1 所示）：制动盘 6 固定在轮毂轴承装置上，随着轮毂轴承一起转动；制动卡钳 4 固定在制动器的底板上；制动卡钳 4 上的两个制动块 5 分别装在制动盘6 的两侧。刹车时，将施加到制动踏板 1 的力通过真空助力器 2 传递给制动主油缸 3，在制动总泵 3 内产生液压，该液压通过制动液管再传递给各个车轮的制动分泵（即制动卡钳 4），通过挤压各个车轮分泵的活塞将制动块 4 压向制动盘 6，利用摩擦力获得制动力，当松开制动踏板 1 后，制动主油缸 3 内的活塞在回位弹簧的作用下回复到原来的位置，油管和主油缸里的压力消失，制动块 5 和制动钳 4 也回位，摩擦力消失，制动解除。1-制动踏板 2-真空助力器 3-制动主油缸 4-制动钳 5-制动块 6-制动盘，7-制动鼓 8-制动衬片 9-制动蹄图 2-1 盘式制动系统结构工作原理图2.1.2 设计要求在设计过程中必须要求：1、设计尺寸必须符合实际；2、必须在保证乘车人员生命安全的条件下进行改善；3、运用恰当的方法进行设计。湖州师范学院求真学院本科毕业设计说明书42.2 设计方案设计方案的确定是依照已经存在的盘式制动形式，进行进一步的设计和材料的选用更新，以达到更好的制动效果。整个盘式制动系统主要由制动主缸和制动器构成，制动器上又有活塞和制动片，通过它们和制动盘之间的相互作用来起到循环的制动和解除制动作用。2.2.1 制动钳的方案选择制动钳存在于盘式制动器上，汽车在行驶