畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車制動(dòng)器設(shè)計(jì)- II -汽車制動(dòng)器設(shè)計(jì)摘要制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，本論文主要介紹了制動(dòng)器設(shè)計(jì)。從盤式和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與性能對(duì)比入手，考慮到盤式制動(dòng)器制動(dòng)效能更好，且尺寸和質(zhì)量都相對(duì)較小，散熱性能好，且所設(shè)計(jì)商務(wù)車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率較大，車速較高，整體性能較好，屬于中高檔車，故本設(shè)計(jì)前后輪均選用了浮盤式制動(dòng)器。基本結(jié)構(gòu)選定后本論文對(duì)制動(dòng)器展開(kāi)了以下設(shè)計(jì)。第一制動(dòng)系的參數(shù)：包括制動(dòng)力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率以及最大制動(dòng)力矩等參數(shù)的選擇計(jì)算；第二制動(dòng)器及其零部件：制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗體、摩擦襯塊等制動(dòng)器零部件的尺寸計(jì)算與材料選擇；第三駐車制動(dòng)：本設(shè)計(jì)選用了后輪駐車制動(dòng)，在后輪盤式制動(dòng)器上加裝了駐車制動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)；第四制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：制動(dòng)輪缸、制動(dòng)主缸、以及踏板行程的設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：制動(dòng)器,盤式制動(dòng)器,機(jī)械結(jié)構(gòu),制動(dòng)力- III -AbstractBrakes are an important part of the braking system, this paper introduces the brake design. Starting from the structure and performance comparison disc and drum brakes, disc brakes braking efficiency taking into account the better, and the size and quality are relatively small, good thermal performance, and the design of commercial vehicle engine torque and power than the large, higher speed, better overall performance, are in high-end cars, so the design front and rear wheels are made of a floating disc brakes.The basic structure of the present paper is selected after the brake started following design. Parameters of the first brake system include: braking force distribution coefficient, synchronization adhesion coefficient, brake strength, adhesion coefficient utilization, and selecting the maximum braking torque parameters of computation; the second brake parts and components: brake disc system sizing and material selection caliper body, the friction pads and other brake parts; thirdly Parking brake: This design uses a rear parking brake, rear disc brakes installed on the parking brake mechanical structure; fourth brake drive mechanism: brake wheel cylinders, brake master cylinder, and the pedal stroke design calculations.Keywords: brakes, disc brakes, mechanical structure, the braking force- IV -目錄摘要…… IAbstract.II前 言 .1第 1 章 盤式制動(dòng)器概述 .71.1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 .71.2 盤式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn) .81.3 盤式制動(dòng)器原理及特點(diǎn) .91.4 盤式制動(dòng)器的主要元件 .111.4.1 制動(dòng)盤 111.4.2 制動(dòng)摩擦襯塊 121.5 盤式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu) .13第 2 章 盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì) .152.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)中的分析 .152.2 制動(dòng)器的基本參數(shù) .162.2.1 先確定制動(dòng)力矩 rM162.2.2 確定摩擦盤尺寸 162.2.3 制動(dòng)器的磨損驗(yàn)算 172.2.4 踏板操縱力 182.2.5 踏板操縱行程 Sc 計(jì)算 222.3 制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .23第 3 章 盤式制動(dòng)器摩擦盤的設(shè)計(jì) .243.1 摩擦盤結(jié)構(gòu) .243.2 摩擦材料類型 .25第 4 章 盤式制動(dòng)器壓盤的設(shè)計(jì) .274.1 壓盤的結(jié)構(gòu) .274.2 壓盤的球槽 .28第 5 章 盤式制動(dòng)器彈簧 .295.1 圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)形式 295.2 圓柱螺旋彈簧的制造 .305.3 圓柱螺旋彈簧參數(shù) .31第 6 章 盤式制動(dòng)器花鍵設(shè)計(jì) .326.1 花鍵的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用 .326.2 花鍵參數(shù)的確定與強(qiáng)度校核 .326.3 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 .346.3.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 346.3.2 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng) 416.3.3 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 421 制動(dòng)輪缸直徑與工作容積 422 制動(dòng)主缸直徑與工作容積 44- V -3 制動(dòng)踏板力與踏板行程 45第 7 章 制動(dòng)性能分析 .487.1.1 制動(dòng)效能 487.2 制動(dòng)效能的恒定性 .497.3 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 .49結(jié) 論 .51參考文獻(xiàn) .52致 謝 .54- 1 -前 言課題研究的目的及意義：汽車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)涉及到許多領(lǐng)域，其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛的一個(gè)重要主動(dòng)安全系統(tǒng)，其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的形式速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能.長(zhǎng)壽命的制動(dòng)系統(tǒng)。其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響，如果此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會(huì)受到車禍的傷害。鑒于制動(dòng)系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是運(yùn)輸車輛中的制動(dòng)器，目前廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器，摩擦式制動(dòng)器就其摩擦副的結(jié)構(gòu)形式可分成鼓式、盤式和帶式三種。其中盤式制動(dòng)器較為廣泛。盤式制動(dòng)器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一個(gè)或幾個(gè)制動(dòng)盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動(dòng)盤工作表面的一小部分的盤式制動(dòng)器稱為鉗盤式制動(dòng)器；摩擦材料覆蓋制動(dòng)盤全部工作表面盤式制動(dòng)器稱為全盤式制動(dòng)器?，F(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動(dòng)器應(yīng)用最為廣泛，僅有個(gè)別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動(dòng)器，以及全盤式制動(dòng)器。鉗盤制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。式制動(dòng)器分為定鉗盤式定鉗盤式為制動(dòng)鉗固定在制動(dòng)盤兩側(cè)，且在其兩側(cè)均設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)。浮鉗盤式制動(dòng)器僅在制動(dòng)盤一側(cè)設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)的制動(dòng)鉗，借其本身的浮動(dòng)，而在制動(dòng)盤的另一側(cè)產(chǎn)生壓緊力。又分為制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器；與制動(dòng)鉗可在垂直于制動(dòng)盤的平面內(nèi)擺動(dòng)的擺動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。汽車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)涉及到許多領(lǐng)域，其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛的一個(gè)重要主動(dòng)安全系統(tǒng)，其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的形式速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能、長(zhǎng)壽命的制動(dòng)系統(tǒng)。其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響，如果此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會(huì)受到車禍的傷害。汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多、最普遍、也是運(yùn)用得最方便的交通工具。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng)，它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置，而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，人們對(duì)安全性、可靠性的要求越來(lái)越高，為保證人身和車輛安- 2 -全，必須為汽車配備十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng)。車輛在形式過(guò)程中要頻繁進(jìn)行制動(dòng)操作，由于制動(dòng)性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全，因此制動(dòng)性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)?，F(xiàn)代汽車普遍采用的摩擦式制動(dòng)器的實(shí)際工作性能是整個(gè)制動(dòng)系中最復(fù)雜、最不穩(wěn)定的因素，因此改進(jìn)制動(dòng)器機(jī)構(gòu)、解決制約其性能的突出問(wèn)題具有非常重要的意義。汽車制動(dòng)器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)：對(duì)制動(dòng)器的早期研究側(cè)重于試驗(yàn)研究其摩擦特性，隨著用戶對(duì)其制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高，有關(guān)其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面的研究也在深入進(jìn)行。目前，汽車所用的制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動(dòng)器被普遍使用。但由于為了提高其制動(dòng)效能而必須加制動(dòng)增力系統(tǒng)，使其造價(jià)較高，故低端車一般還是使用前盤后鼓式。汽車制動(dòng)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，它把汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能。高速行駛的汽車如果頻繁使用制動(dòng)器，制動(dòng)器因摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，使制動(dòng)器溫度急劇升高，如果不能及時(shí)的為制動(dòng)器散熱，它的效率就會(huì)大大降低，影響制動(dòng)性能，出現(xiàn)所謂的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象。在中高級(jí)轎車上前后輪都已經(jīng)采用了盤式制動(dòng)器。不過(guò)，時(shí)下還有不少經(jīng)濟(jì)型轎車采用的還不完全是盤式制動(dòng)器，而是前盤后鼓式混合制動(dòng)器（即前輪采用盤式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(dòng)器） ，這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)檗I車在緊急制動(dòng)時(shí)，負(fù)荷前移，對(duì)前輪制動(dòng)的要求比較高，一般來(lái)說(shuō)前輪用盤式制動(dòng)器就夠了。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動(dòng)器是一種趨勢(shì)。在貨車上，盤式制動(dòng)器也有被采用的，但離完全取代鼓式制動(dòng)器還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離。現(xiàn)代汽車制動(dòng)器的發(fā)展起源于原始的機(jī)械控制裝置，最原始的制動(dòng)控制只是駕駛員操縱一組簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力，那時(shí)的汽車重量比較小，速度比較低，機(jī)械制動(dòng)已經(jīng)能夠滿足汽車制動(dòng)的需要，但隨著汽車自身重量的增加，助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來(lái)說(shuō)越來(lái)越顯得非常重要,從而開(kāi)始出現(xiàn)了真空助力裝置。另外，近年來(lái)則出現(xiàn)了一些全新的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式，如磁粉制動(dòng)器、濕式多盤制動(dòng)器、電力液壓制動(dòng)臂型盤式制動(dòng)器、濕式盤式彈簧制動(dòng)器等。3.課題研究的內(nèi)容制動(dòng)器是制動(dòng)系中最主要的一個(gè)部件，是制動(dòng)系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件。凡是利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩的制動(dòng)器都稱- 3 -為摩擦制動(dòng)器，摩擦制動(dòng)器可分為鼓式和盤式兩大類。前者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件則為圓盤狀的制動(dòng)盤，以端面為工作表面。目前廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器,盤式制動(dòng)器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一個(gè)或幾個(gè)制動(dòng)盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動(dòng)盤工作表面的一小部分的盤式制動(dòng)器稱為鉗盤式制動(dòng)器；摩擦材料覆蓋制動(dòng)盤全部工作表面盤式制動(dòng)器稱為全盤式制動(dòng)器。現(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動(dòng)器應(yīng)用最為廣泛，僅有個(gè)別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動(dòng)器，以及全盤式制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器中定鉗盤式為制動(dòng)鉗固定在制動(dòng)盤兩側(cè)，且在其兩側(cè)均設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)。浮鉗盤式制動(dòng)器僅在制動(dòng)盤一側(cè)設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)的制動(dòng)鉗，借其本身的浮動(dòng)，而在制動(dòng)盤的另一側(cè)產(chǎn)生壓緊力。又分為制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器；與制動(dòng)鉗可在垂直于制動(dòng)盤的平面內(nèi)擺動(dòng)的擺動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)鼓，鼓式制動(dòng)器根據(jù)其結(jié)構(gòu)都不同，又分為：雙向自增力蹄式制動(dòng)器、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器、雙從蹄式制動(dòng)器。正如上面我們看的一樣，制動(dòng)器器的類型很多，那么每種類型的制動(dòng)器器都適用什么類型的車呢？是不是有種減速器是完美無(wú)缺的？本課題就是來(lái)解決這些問(wèn)題的。其實(shí)每種類型都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，我們本課題要研究的內(nèi)容就是要通過(guò)分析設(shè)計(jì)，找出不同類型的減速器的優(yōu)缺點(diǎn)。了解了他們的優(yōu)缺點(diǎn)后我們就能更好更充分的利用它們，為汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)提供方便。制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念：使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為制動(dòng)；汽車上裝設(shè)的一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，對(duì)汽車進(jìn)行一定程度的制動(dòng)，這種可控制的對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)的外力稱為制動(dòng)力；這樣的一系列專門裝置即稱為制動(dòng)系。這種用以使行駛中的汽車減速甚至停車的制動(dòng)系稱為行車制動(dòng)系；用以使已停駛的汽車駐留原地不動(dòng)的裝置，稱為駐車制動(dòng)系。這兩個(gè)制動(dòng)系是每輛汽車必須具備的。圖 1.1 汽車制動(dòng)系組成1-制動(dòng)助力器； 2-制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)； 3-駐車制動(dòng)與行車制動(dòng)警示燈； 4-駐車- 4 -制動(dòng)接觸裝置；5-后輪制動(dòng)器； 6-制動(dòng)燈； 7-駐車制動(dòng)踏板； 8-制動(dòng)踏板；9 制動(dòng)主缸；10-制動(dòng)鉗；11-發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管； 12-低壓管； 13-制動(dòng)盤任何制動(dòng)系都具有以下四個(gè)基本組成部分（如圖 1.1 所示）：供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的各種部件?？刂蒲b置：包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件。傳動(dòng)裝置：包括將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力（制動(dòng)力）的部件，其中包括輔助制動(dòng)系中的緩速裝置。按制動(dòng)能源來(lái)分類，行車制動(dòng)系可分為，以駕駛員的肌體作為唯一制動(dòng)能源的制動(dòng)系稱為人力制動(dòng)系；完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的則是動(dòng)力制動(dòng)系，其制動(dòng)源可以是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)或油泵；兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系稱為伺服制動(dòng)系。駐車制動(dòng)系可以是人力式或動(dòng)力式。專門用于掛車的還有慣性制動(dòng)系和重力制動(dòng)系。按照制動(dòng)能量的傳輸方式，制動(dòng)系可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式和電磁式等。同時(shí)采用兩種以上傳能方式的制動(dòng)系可稱為組合式制動(dòng)系。制動(dòng)系統(tǒng)是評(píng)價(jià)汽車安全性的一個(gè)重要因素，也是汽車的重要組成部分之一。當(dāng)今汽車行業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，人類對(duì)汽車的性能要求也越來(lái)越高。一款安全、輕便、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)可以大大提高汽車的性能。這也是汽車設(shè)計(jì)人員不斷追求的目標(biāo)。制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀目前，車輛主要還是采用盤式和鼓式制動(dòng)器的組合形式。雖然盤式制動(dòng)器的使用經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)在有所提高，但是與鼓式制動(dòng)器比起來(lái)還是貴得多。當(dāng)然，氣壓盤式制動(dòng)器的性能更優(yōu)越，內(nèi)襯的使用壽命更長(zhǎng)，維修間隔和保養(yǎng)技術(shù)也進(jìn)一步提升。摩擦材料現(xiàn)在更大程度的向有機(jī)材料類型轉(zhuǎn)變，這對(duì)盤式制動(dòng)器的發(fā)展來(lái)說(shuō)是一個(gè)契機(jī)，可以使得氣壓盤式制動(dòng)器在更高的溫度下運(yùn)行，而鼓式制動(dòng)器材料是不能承受這樣的溫度的。鼓式制動(dòng)器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了最高限度。因此，汽車制動(dòng)器未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)是浮鉗式盤式制動(dòng)器。尤其在前輪安裝的通風(fēng)盤式制動(dòng)器又是發(fā)展重點(diǎn)。另外，作為需要在增大制動(dòng)力的一種制動(dòng)產(chǎn)品，雙盤式制動(dòng)器在商用車應(yīng)用的氣壓式雙盤式制動(dòng)器將是未來(lái)發(fā)展的方向。在后輪盤式制動(dòng)器中，帶駐車制動(dòng)器功能的盤中鼓式制動(dòng)器將是未來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)。- 5 -隨著 BBW 技術(shù)的發(fā)展，盤式電動(dòng)制動(dòng)器是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)方向。在材料選擇方面：80 年代之前，國(guó)內(nèi)外都主要采用有石棉樹(shù)脂型摩擦材料用于汽車制動(dòng)，但因石棉摩擦產(chǎn)生有毒粉塵吸入人體后對(duì)肺產(chǎn)生影響，以及產(chǎn)生環(huán)境污染，同時(shí)在高速、高溫下，石棉材料的強(qiáng)度、摩擦系數(shù)、耐磨性能等均下降，因此，汽車制動(dòng)系無(wú)石棉化已是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外從 70 年代就開(kāi)始禁止采用石棉用做制動(dòng)材料，我國(guó)在 1999 年修改的 GB12676-1999 法規(guī)也明確規(guī)定“2003 年 10 月 1 日之后，制動(dòng)襯片應(yīng)不含石棉” 。目前國(guó)際上第三代摩擦材料誕生——無(wú)石棉有機(jī)物 NAO 片。主要使用玻璃纖維、芳香族聚酰纖維或其它纖維（碳、陶瓷等）作為加固材料。其主要優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論在低溫或高溫都保持良好的制動(dòng)效果，減少磨損，降低噪音，延長(zhǎng)剎車盤的使用壽命，代表目前摩擦材料的發(fā)展方向。 目前國(guó)內(nèi)多以半金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合摩擦材料應(yīng)用最為普遍。但一些企業(yè)和地方根據(jù)本身的特點(diǎn)，也在研究新型摩擦材料，比如由河北工業(yè)大學(xué)所承擔(dān)的科研項(xiàng)目“替代石棉制品汽車制動(dòng)摩擦片的研制”中，采用當(dāng)?shù)氐暮Ｅ菔w維來(lái)研制摩擦材料取得初步成功；西安交大與廣東省東方劍麻集團(tuán)有限公司聯(lián)合研制采用劍麻作為增強(qiáng)纖維也初步取得成功，據(jù)報(bào)道該制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、磨損率、硬度、沖擊韌性等各項(xiàng)性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、具有摩擦系數(shù)平穩(wěn)、熱恢復(fù)性能好、剎車噪音小、使用壽命長(zhǎng)、低成本等優(yōu)點(diǎn)。另外，國(guó)內(nèi)還有人研究采用水鎂石做摩擦材料。不同的纖維有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此研制一種比較符合各種要求的摩擦材料也就成為人們的追求。但不管如何，未來(lái)汽車制動(dòng)摩擦材料必須是環(huán)保化、安全化、輕量化以及低成本的原則。 另外，現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展。全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)。同時(shí)，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動(dòng)控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動(dòng)式方向擺動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，未來(lái)的汽車中就不存在孤立的制動(dòng)控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個(gè) ECU 中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛控制的智能化。但是，汽車制動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展受整個(gè)汽車工業(yè)發(fā)展的制約。有一個(gè)巨大的汽車現(xiàn)有及潛在的市場(chǎng)的吸引，各種先進(jìn)的電子技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)以及各種智能技術(shù)才不斷應(yīng)用到汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)中來(lái)。同時(shí)需要各種國(guó)際及國(guó)內(nèi)的相關(guān)法規(guī)的健全，這樣裝備新的制動(dòng)技術(shù)的汽車就會(huì)真正應(yīng)用到汽車的批量生產(chǎn)中。- 6 -第 1 章 盤式制動(dòng)器概述1.1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介盤式制動(dòng)器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。（1）鉗盤式鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為定鉗盤式制動(dòng)器、浮鉗盤式制動(dòng)器等。①定鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪相聯(lián)并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽中旋轉(zhuǎn)。具有下列優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其他滑動(dòng)件，易于保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革；能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。②浮動(dòng)盤式制動(dòng)器：浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的。其浮動(dòng)方式有兩種，一種是制動(dòng)鉗體可作平行滑動(dòng)；另一種是制動(dòng)鉗體可繞一支承銷擺動(dòng)。故有滑動(dòng)和擺動(dòng)之分，其中滑動(dòng)應(yīng)用的較多。它們的制動(dòng)油缸均為單側(cè)的，且與油缸同側(cè)的制動(dòng)塊總成是活動(dòng)的，而另一側(cè)的制動(dòng)塊總成則固定在鉗體上。制動(dòng)時(shí)在油液壓力作用下，活塞推動(dòng)活動(dòng)制動(dòng)塊總成壓靠到制動(dòng)盤，而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定制動(dòng)塊總成壓向制動(dòng)盤的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊總成受力均等為止。對(duì)擺動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，鉗體不是滑動(dòng)而是在與制動(dòng)盤垂直的平面內(nèi)擺動(dòng)。這樣就要求制動(dòng)摩擦襯塊應(yīng)預(yù)先做成楔形的(摩擦表面對(duì)背面的傾斜角為6°左右) 。在使用過(guò)程中，摩擦襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻(一般約為 l mm)后即應(yīng)更換。這種制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂；沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油道或油管加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性小。（2）全盤式在全盤式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓形盤，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動(dòng)器散熱條件較差，其應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有浮鉗盤式制動(dòng)器廣泛。1.2 盤式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)盤式制動(dòng)器比鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：（1） 熱穩(wěn)定好，原因是一般無(wú)自行増力作用，襯塊摩擦表現(xiàn)壓力分布較鼓式中- 7 -的襯片更為均勻，此外，制動(dòng)鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄的中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能，這稱為機(jī)械衰退，制動(dòng)盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故無(wú)機(jī)械衰退問(wèn)題，因此，前輪采用盤式制動(dòng)器。汽車制動(dòng)時(shí)不易跑偏。（2） 水穩(wěn)定性好，制動(dòng)塊對(duì)盤的單位壓力高，易于將水?dāng)D出，因而浸水后效能降低不多，又由于離心力作用及襯塊對(duì)盤的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一，二次制動(dòng)即能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需經(jīng)十余次制動(dòng)方能恢復(fù)。（3） 制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。（4） 易于構(gòu)成雙回路制動(dòng)系，使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。（5） 尺寸小，質(zhì)量小，散熱良好。（6） 壓力在制動(dòng)襯塊上的分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻。（7） 更換襯塊簡(jiǎn)單容易。（8） 襯塊與制動(dòng)盤之間的間隙?。?.05-0.15mm） ，從而縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。（9） 易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。（10） 能方便地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器磨損報(bào)警，以便及時(shí)更換摩擦襯塊。盤式制動(dòng)器的主要缺點(diǎn)：（1） 難以完全防止塵污和銹蝕（封閉的多片全盤式制動(dòng)器除外） 。（2） 兼作駐車制動(dòng)器時(shí)，所需附加的手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。（3） 在制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中必須裝有助力器。（4） 因?yàn)橐r塊工作表面小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì)的襯塊。1.3 盤式制動(dòng)器原理及特點(diǎn)- 8 -圖.1-1 增力式盤式制動(dòng)器零件圖1、2—壓盤 3、7—摩擦盤 4—半軸殼 5—半軸 6—回位彈簧 8—中間殼體 9—調(diào)整螺栓 10—斜拉桿 11—調(diào)節(jié)叉 12—拉桿 13—壓盤凸肩 14—?dú)んw肩臺(tái)上圖是運(yùn)輸車輛增力式盤式制動(dòng)器零件圖。在差速器的每一側(cè)半軸上，用花鍵安裝著兩個(gè)粘有摩擦襯面的摩擦盤 3 和 7，它們能在花鍵軸上來(lái)回滑動(dòng)，是制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部分。在兩摩擦盤之間有一對(duì)可鍛鑄鐵的圓形壓盤 1 和 2，它們的表面支承在半軸殼 4 的三個(gè)凸肩上，并能在較小的弧度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩壓盤內(nèi)側(cè)面的五個(gè)卵圓形凹坑中裝有五個(gè)鋼球，兩壓盤用三根彈簧 6 拉緊。在中間蓋 8 和摩擦盤4 上，與摩擦盤相對(duì)著的表面經(jīng)過(guò)加工。摩擦盤與壓盤間，以及摩擦盤與半軸殼和中間蓋間，在不制動(dòng)時(shí)都有一定間隙。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板通過(guò)斜拉桿使兩壓盤相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凹坑中夾著的五個(gè)鋼球就從坑底向坑邊滾動(dòng)，將兩壓盤擠開(kāi)，兩壓盤就將旋轉(zhuǎn)著的兩個(gè)摩擦盤分別推向半軸殼和中間蓋，使各相對(duì)摩擦表面間產(chǎn)生摩擦扭矩，最終將半軸制動(dòng)。如果放松制動(dòng)踏板，則彈簧 6 又將兩壓盤拉緊復(fù)原，使鋼球進(jìn)入坑底，恢復(fù)了摩擦盤兩側(cè)的間隙。盤式制動(dòng)器在上述制動(dòng)過(guò)程中有增力作用。當(dāng)摩擦盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)；作用在壓盤上的摩擦扭矩將使它們跟隨旋轉(zhuǎn)，但當(dāng)壓盤 1 由于其凸起 13 受到半軸殼上的凸肩 14 的限制而不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓盤 2 則在摩擦扭矩的作用下將相對(duì)于壓盤 1作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，協(xié)助鋼球繼續(xù)將兩壓盤擠開(kāi)，使操縱省力。當(dāng)摩擦盤反時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，和上述過(guò)程相似地起增力作用。因此不管運(yùn)輸車輛前進(jìn)還是倒退，制動(dòng)時(shí)盤式制動(dòng)器都有增力作用。與帶式和蹄式制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜外有一系列優(yōu)點(diǎn)：如結(jié)構(gòu)緊湊，操縱省力，制動(dòng)效果好，襯面磨損較均勻，間隙不需調(diào)整，封閉性好不易進(jìn)泥水，且散熱容易，故使用壽命較長(zhǎng)等。這些特點(diǎn)使它得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。- 9 -1.4 盤式制動(dòng)器的主要元件1.4.1 制動(dòng)盤一、制動(dòng)盤直徑 D 制動(dòng)盤直徑 D 應(yīng)盡可能取大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得到增加，可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的 70％一 79％。總質(zhì)量大于 2t 的汽車應(yīng)取上限 。 [1]二、制動(dòng)盤厚度 h 制動(dòng)盤厚度對(duì)制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動(dòng)盤厚度不宜取得很大；為了降低溫度，制動(dòng)盤厚度又不宜取得過(guò)小。制動(dòng)盤可以做成實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動(dòng)盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為 10—20 ，通風(fēng)式制動(dòng)盤厚度取為 20～50 ，采用較多的是 20—mm30 。在高速運(yùn)動(dòng)下緊急制動(dòng), 制動(dòng)盤會(huì)形成熱變形 , 產(chǎn)生顫抖。為提高制動(dòng)盤摩擦面的散熱性能, 大多把制動(dòng)盤做成中間空洞的通風(fēng)式制動(dòng)盤, 這樣可使制動(dòng)盤溫度降低 20 %～30 % 。[2]三、制動(dòng)盤的安裝制動(dòng)盤安裝在輪轂上, 與車輪形成整體旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)盤是旋轉(zhuǎn)部件, 與摩擦襯塊之間只有微小的間隙。從制動(dòng)盤中心到摩擦襯塊磨合中心稱為制動(dòng)盤有效半徑。根據(jù)杠桿原理,如摩擦力相同,則制動(dòng)盤的有效半徑越大, 制動(dòng)力就越大。四、制動(dòng)盤的維修制動(dòng)盤都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以使在制動(dòng)盤使用期限內(nèi)保持制動(dòng)表面各項(xiàng)指標(biāo)的允差，這些指標(biāo)是平行度、平面度以及橫向擺差。保持關(guān)于制動(dòng)表面形狀的精度的允差，有助于盡量減少制動(dòng)粗暴及踏板脈動(dòng)。制動(dòng)盤表面粗糙度必須保持在 60μm 特定范圍內(nèi)，或者更小些。需要控制制動(dòng)表面粗糙度，盡量減少踏板費(fèi)力、過(guò)大的制動(dòng)衰退、反常性能的問(wèn)題?？刂票砻娲植诙韧瑯幽芴岣吣Σ烈r片的壽命。每當(dāng)維修制動(dòng)摩擦塊或卡鉗、或者換位車輪或?yàn)榱似渌愋凸ぷ鞫鹦盾囕?，總要檢查盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤。不要忘記，伴隨盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤而發(fā)生的許多問(wèn)題，一般用肉眼檢查一下，可能不是很明顯的。制動(dòng)盤厚度、平行度、擺差、平面度。以及刮痕深度等，只能用準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x和千分尺進(jìn)行測(cè)量。精密的測(cè)量工具及現(xiàn)代的精加工設(shè)備，對(duì)維修好制動(dòng)盤來(lái)說(shuō)，是至關(guān)重要的。1.4.2 制動(dòng)摩擦襯塊摩擦襯塊是指鉗夾活塞推動(dòng)擠壓在制動(dòng)盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。- 10 -摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑 與內(nèi)半徑 的比值不大2R1于 1.5。若此比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。 對(duì)于盤式制動(dòng)器襯塊工作面積 A，推薦根據(jù)制動(dòng)襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在 1.6～3.5 范圍內(nèi)選用。2/kgm由于摩擦,摩擦襯塊會(huì)產(chǎn)生磨損。摩擦材料使用完后, 底板和制動(dòng)盤直接接觸會(huì)喪失制動(dòng)效果, 損壞制動(dòng)盤。制動(dòng)盤損壞后,修理費(fèi)用十分昂貴。為避免損壞制動(dòng)盤,過(guò)去,用戶靠定期車檢來(lái)確定摩擦襯塊的剩余量; 后來(lái), 在底板上安裝摩擦襯塊磨損指示器, 當(dāng)摩擦襯塊已磨損到剩余量很少時(shí), 指示器與制動(dòng)盤接觸, 當(dāng)司機(jī)踏制動(dòng)踏板時(shí), 就發(fā)出異常的聲響; 現(xiàn)在有一種更加準(zhǔn)確提醒摩擦襯塊磨損的方法, 即安裝電子式磨損指示器, 當(dāng)摩擦襯塊磨損后, 磨損指示器中的線路斷掉,警示燈亮 。[3]- 11 -1.5 盤式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)在一般拖拉機(jī)上，制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)幾乎都是機(jī)械式的。制動(dòng)踏板通過(guò)一些桿件與制動(dòng)元件相連。當(dāng)摩擦襯面磨損后，為了調(diào)整踏板的自由行程，有一些桿件的長(zhǎng)度是可調(diào)的，如利用調(diào)節(jié)叉來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度。左右制動(dòng)器的踏板可用連接板連接，以便同時(shí)制動(dòng)兩驅(qū)動(dòng)輪。當(dāng)松開(kāi)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板都應(yīng)該有回位彈簧使其自動(dòng)回位。為使運(yùn)輸車輛能在斜坡上停車或在作固定作業(yè)時(shí)不讓其隨意移動(dòng)位置，在操縱機(jī)構(gòu)中都有停車鎖定裝置，它能卡住已踏下的制動(dòng)踏板，使其不能回位，以使制動(dòng)器能在沒(méi)有駕駛員操縱的情況下長(zhǎng)時(shí)間地處于制動(dòng)狀態(tài) 。[9]帶式和蹄式制動(dòng)器踏板的自由行程一般為 40～80 ，盤式制動(dòng)器踏板的自m由行程稍大些，這是因?yàn)楸P式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件和制動(dòng)元件間的總間隙較小，如果自由行程過(guò)小，駕駛員稍一踏下踏板就已開(kāi)始了制動(dòng)，這樣易使摩擦襯面加速磨損。左右踏板的行程必須一致，否則拖拉機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)生安全事故。如果用作直線行駛中降速或停車，則必須注意首先分離主離合器然后再制動(dòng)；如果用作協(xié)助履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向，則必須注意首先分離慢速側(cè)的轉(zhuǎn)向離合器，然后再制動(dòng)該側(cè)驅(qū)動(dòng)輪。- 12 -- 13 -第 2 章 盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)2.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)中的分析在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)中， 和 是根據(jù)制動(dòng)力矩的大小，允許的表面單位壓力和制pRg動(dòng)器結(jié)構(gòu)的合理布置等決定的，一般不考慮對(duì)加力效果的影響，當(dāng)摩擦材料選定后，系數(shù) μ 也是一個(gè)既定的數(shù)值。因此要使制動(dòng)器滿足一定的加力效果，關(guān)鍵在于合理的確定球槽斜角 α。可以看出，當(dāng)球槽斜角 α 減少時(shí)，加力系數(shù)變大，操縱省力。但是，α 的減少受到自剎的限制。如果 α 較小，則只要壓盤與摩擦片開(kāi)始接觸后，不需要駕駛員的操縱力，制動(dòng)器就會(huì)自行制動(dòng)，這是我們不希望的。因此，不自剎的條件為：μ( / ) (2-1)tg?pRg式中 μ-摩擦系數(shù) -擦力合力的作用半徑；pR-鋼球至中心 的距離。gO加力系數(shù)愈大，表示操縱力減少愈多。但必須指出，加力系數(shù)并不代表操縱力實(shí)際減少的比例。因?yàn)閷?shí)際操縱力取決于主拉桿的拉力 ，即 與 的合力，p12而不是 與 的代數(shù)和。其中 為斜拉桿對(duì)壓盤 1 的拉力； 為斜拉桿對(duì)壓盤1p21p22 的拉力。從以上分析看出，盤式制動(dòng)器之所以結(jié)構(gòu)緊湊，在于它在同樣體積下可獲得較多的摩擦面積。它的加力效果顯著，使操縱力很小。并與被制動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。由于摩擦面上的壓力分布比較均勻，因此磨損均勻，延長(zhǎng)了摩擦片的壽命，減少了調(diào)整次數(shù)。壓力分布均勻?qū)τ跍p少結(jié)構(gòu)尺寸也很有利（因?yàn)槟Σ疗哪p取決于最大的單位壓力及單位摩滑功） 。此外，在盤式制動(dòng)器中各徑向力相互平衡，減少了軸和軸承上的載荷。- 14 -2.2 制動(dòng)器的基本參數(shù)2.2.1 先確定制動(dòng)力矩 rM一、車輛在行駛中制動(dòng)= =454.5 (2-2) 1rM()2saqmgLih???0.7210.625(1.9078)4.8????Nm?式中 —車輛整機(jī)使用質(zhì)量, =2100kg；s sm—車輛驅(qū)動(dòng)附著系數(shù), =0.7；?—車輛驅(qū)動(dòng)輪胎動(dòng)力半徑 , =0.625mraq raqL—車輛軸距,L=1950mm；a—車輛質(zhì)心縱坐標(biāo), a =780mm；h—車輛質(zhì)心高度坐標(biāo),h=700mm；—制動(dòng)器至驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)比, =4.846。mi mi二、車輛在坡道上停車= =438 2rM(sincos)aqmgfr??210(sin20.cos2)0.65486?????? Nm?(2-3)式中 —坡道停車時(shí)坡度角, = ；a a20c—車輛滾動(dòng)阻力系數(shù), =0.02；f f取大值 =454.5 作為制動(dòng)器計(jì)算力矩。rN?2.2.2 確定摩擦盤尺寸摩擦盤的外徑 和內(nèi)徑 的數(shù)值主要取決于單位壓力和單位摩滑功。計(jì)算時(shí)2R1假設(shè)單位壓力 是均勻的，摩擦面上的單位壓力可用下式計(jì)算：q= = [ ]=0.3 0.5 (2-4)21()rpMi????q:MP在實(shí)際設(shè)計(jì)中，摩擦力的合力半徑 ，近似地可以按內(nèi)外徑的平均值進(jìn)行計(jì)pR算，即= (2-5)pR12()?若令 =0.55 即 代入式（2-4）后，可得：cc?= (2-6)q32()rMi???根據(jù)上述關(guān)系，便可按下式求得：(2-7)322(1)rRicq??國(guó)內(nèi)的一般運(yùn)輸車輛 300000～500000 ，這里 =300000 ，2/Nmq2/Nm系數(shù) 的數(shù)值一般在 0.5～0.6 范圍內(nèi)選擇，這里選為 =0.55 所以，有c c=322(1)rMicq?????3 2545140()(10.)3????90.6m- 15 -式中： μ—摩擦片的干摩擦系數(shù),μ=0.3；—摩擦面對(duì)數(shù), =4。ii=0.55×90.6 = 49.8312Rc?m按上述方法求得的 和 還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)安排情況加以修整，查閱國(guó)內(nèi)運(yùn)輸車12R輛盤式制動(dòng)器的有關(guān)參數(shù)，現(xiàn)對(duì) 和 做一些修整，取 =50mm， =90mm121R22.2.3 制動(dòng)器的磨損驗(yàn)算由（2-4）式可得出：壓緊力 = = = = 5411 (2-8)QrPMiR?120.5()ri?450.3(9)4???N單位壓力 = = =307722 N/m2 (2-9）q21()??63.491?單位滑磨功 = pv式中 -線速度 V= = = (2-10)2max30ewbvzRni.02938?5.06/ms式中 —發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速, =2000r/min；new new—變速箱最高檔的傳動(dòng)比, = ；ibvmax ibvmax3—中央傳動(dòng)比, = 。iz iz398所以，有 = =0.3×303228×4.95=0.5pqv?/MPas?單位壓力 是制動(dòng)器工作壽命的重要參數(shù)，取得過(guò)大，制動(dòng)器易磨損，但值過(guò)小將增大制動(dòng)器的尺寸，對(duì)于一般的國(guó)內(nèi)運(yùn)輸車輛要求 300000～500000q q，上述中驗(yàn)算的 =307722 滿足要求，故合適。2/Nm2/Nm在求得 和 后，還應(yīng)驗(yàn)算單位滑磨功 A。單位摩滑功按摩擦片外圓來(lái)計(jì)算，1R2因?yàn)樵撎巿A周速度最高。對(duì)于一般的國(guó)內(nèi)運(yùn)輸車輛要求 0.5～0.8 ，p/pams?上述中驗(yàn)算滿足要求，故合適。2.2.4 踏板操縱力鋼球?qū)罕P的作用力通過(guò)球槽的法線方向，該力可分為軸向力和圓周力，其關(guān)系為：（圖.2-1）表示受力：圖.2-1 鋼球受力分析圖- 16 -= （2-11）gPaFt?式中 —鋼球的圓周力g在軸向壓力 的作用下，摩擦表面之間將產(chǎn)生摩擦力矩即制動(dòng)力矩 ，其Q rM數(shù)值為：= （2-12）rMpiR?式中 —摩擦因數(shù)；?—摩擦力合力的作用半徑。pR由于每個(gè)壓盤只具有一個(gè)摩擦面，故所受的摩擦力矩為 ，這就可以求pQR?得每個(gè)壓盤的力矩平衡關(guān)系。對(duì)于壓盤 1， （圖.2-2）所示：圖.2-2 壓盤 1 受力分析圖= －μQ （2-13）1FLRgPpR式中 －斜拉桿對(duì)壓盤 1 的拉力；－斜拉桿的拉力至中心 的距離。O對(duì)于壓盤 2， （圖.2-3）所示：- 17 -圖.2-3 壓盤 2 受力分析圖= ＋ － （2-14 ）2LFRgPpQ?fFR式中 －斜拉桿對(duì)壓盤 2 的拉力，單位 ；2 N—?dú)んw凸肩對(duì)壓盤 2 的反力，單位 ；—作用力 F 至中心 O 的距離，單位 。f m在摩擦片未磨損時(shí)，壓盤從初始位置只轉(zhuǎn)過(guò)極小的角度就靠住了殼體的凸肩，可近似地認(rèn)為拉力 P2 和 P1 的合力 P 通過(guò)中 （圖.2-4）所示。根據(jù)壓盤總成的o力矩平衡關(guān)系，可以得出：= （2-15）fRpq?圖.2-4 壓盤總成的受力分析圖將此式代入式（2-14）后看出，這時(shí) = ，由于1F2gPQt??因此：斜拉桿的拉力 = = (2-16)1F2()gplQRt???- 18 -圖.2-5 盤式制動(dòng)器桿件運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖如圖：根據(jù)正弦定理得 00sinixRl???斜拉桿長(zhǎng)度13sn971.5ii6xl m??則 00s4arcn.8.xl???= = = =13991F2()gplQRt???0013cos971.5cos6??N新車時(shí)主拉桿的拉力 =2· · （2-17）31F?=2×1399× s06.8=1057N兩踏板上的操縱力 2 =2 / = 2×1057/15.9=133 (2-18)cP3ci N式中 —球槽斜角, =33°30′；1?1—鋼球至制動(dòng)器中心的距離, =70 ；gRgRm—初始中心角， = ；0?0?9—斜拉桿的傾角 =65°；??—壓盤上與斜拉桿連接的銷孔中心至軸線的距離, =103 ；x xRm—操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比, =15.9。ic ic2.2.5 踏板操縱行程 Sc 計(jì)算踏板自由行程 取決于主拉桿的位移 A0A 及操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 ， 即： cS ci- 19 -=A0A· （2-19） cSci由于 A 0A =OA-OA0，而且 OA 0 = · λ+ · xRcoslcs?OA = · λ 0+ · ?綜上可得：有關(guān)系式OA0= · λ+ · xRcoslcs?= 0013471.5o6.8???=106mOA= · λ 0+ ·xsls?= 0co9.c=110.3A0A = OA－OA 0 = 110.3－106=4.3 m= A0A· =4.3×15.9 =68.37cSci- 20 -2.3 制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是決定斜拉桿的位置和尺寸，進(jìn)行操縱力和制動(dòng)行程（即自由行程）的計(jì)算并確定操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。斜拉桿的位置和尺寸主要是取決于 、L 和 等參數(shù)的大小。這些參數(shù)對(duì)操xR??縱力和制動(dòng)行程有直接的影響。愈大操縱力愈小，但結(jié)構(gòu)不緊湊，因此不宜增大 的方法來(lái)減小操縱力。xR xR根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)的統(tǒng)計(jì)，當(dāng) 、L、ΔL 不變時(shí)，所取初始中心角 愈大，則x ??制動(dòng)后斜拉桿的傾角 β 也較大，故操縱省力。但隨著 增加，若 、 不變，??x?則要求斜拉桿長(zhǎng)度 L 愈長(zhǎng)，使結(jié)構(gòu)不緊湊，因此 要求選擇適當(dāng)，一般在39°～40°左右選取，現(xiàn)選取為 =39°。??必須指出，當(dāng)摩擦面磨損后，自由行程增加，就要進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整之后，初始中心角 減少，這說(shuō)明盤式制動(dòng)器的操縱力將隨著摩擦面的磨損而愈來(lái)愈大。??操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須避免運(yùn)動(dòng)的干涉，因此要求與壓盤的運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的主拉桿必須有擺動(dòng)的可能性；斜拉桿不應(yīng)防礙壓盤的軸向位移。為此，主拉桿上一般具有球面運(yùn)動(dòng)副，兩個(gè)斜拉桿相鉸接處應(yīng)有足夠的端面間隙來(lái)適應(yīng)軸向移動(dòng)的要求。- 21 -第 3 章 盤式制動(dòng)器摩擦盤的設(shè)計(jì)3.1 摩擦盤結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)采用的是石棉纖維類摩擦材料，用膠合的方法將摩擦襯片膠在 2～3 毫米的摩擦盤上。這種結(jié)構(gòu)摩擦材料可得充分利用（襯片磨損不受鉚釘頭的限制） ，也不易產(chǎn)生裂縫，但更換襯片較為困難，摩擦盤輪轂的結(jié)構(gòu)采用點(diǎn)焊式，結(jié)構(gòu)和制造都較簡(jiǎn)單，但輪轂寬度不大，因而花鍵受力較大。查閱盤式制動(dòng)器摩擦盤的一些數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位：mm）摩擦襯片： 材料石棉離合器片 外徑 180 厚度 5.8±0.1摩擦盤總成： 厚度 13±0.15 兩側(cè)面平面度允差 0.03側(cè)面跳動(dòng)允差 0.20 如圖 3-1 所示制動(dòng)器摩擦盤結(jié)構(gòu)圖圖 3-1 制動(dòng)器摩擦盤結(jié)構(gòu)圖- 22 -3.2 摩擦材料類型制動(dòng)器中的一個(gè)回轉(zhuǎn)零件一般為鋼鐵制造的，而與回轉(zhuǎn)零件相接觸，使起制動(dòng)作用的零件，其材料一般為摩擦材料所造的。這摩擦元件是制動(dòng)器的主要組成部分，它性能直接影響到制動(dòng)和結(jié)合過(guò)程。對(duì)摩擦材料性能的基本要求是：一、摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定，尤其是在一定溫度范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，具有良好的恢復(fù)和保持原有摩擦值的能力。制動(dòng)摩擦片的摩擦系數(shù)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響汽車的制動(dòng)性能。尤其是汽車在高速行駛中需緊急制動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)過(guò)低就會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)不靈敏，而摩擦系數(shù)過(guò)高就會(huì)出現(xiàn)輪胎抱死現(xiàn)象，進(jìn)而造成車輛甩尾和打滑，對(duì)行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)摩擦片的適宜工作溫度為 100～350℃。但許多劣質(zhì)制動(dòng)摩擦片在溫度達(dá)到 250℃時(shí)，其摩擦系數(shù)就會(huì)急劇下降，而此時(shí)制動(dòng)就會(huì)完全失靈。一般來(lái)說(shuō)，按照 SAE 標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)摩擦片生產(chǎn)廠商都會(huì)選用 FF 級(jí)額定系數(shù)，即摩擦額定系數(shù)為 0.35～0.45。二、耐摩性好。為了減輕磨損，除提高材料和粘結(jié)劑的耐熱性、耐摩性外，還應(yīng)使摩擦表面光滑。三、有一定的表面硬度和良好的加工工藝性。制動(dòng)摩擦片的壽命與表面硬度并沒(méi)有一定的關(guān)系。但如果表面硬度高時(shí)，制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)盤的實(shí)際接觸面積小，往往會(huì)影響使用壽命。而影響制動(dòng)摩擦片壽命的主要因素包括硬度、強(qiáng)度、摩擦材料的磨損性等。一般情況下，前制動(dòng)摩擦片的壽命為 3 萬(wàn) km，后制動(dòng)摩擦片的使用壽命為 12 萬(wàn) km。四、有一定的耐油、耐濕、抗腐蝕和抗膠合性能。摩擦材料有金屬摩擦材料和非金屬摩擦材料兩大類。1. 金屬摩擦材料金屬摩擦材料有：粉末冶金材料、鑄鐵、鋼和青銅，其中粉末冶金有較高的摩擦系數(shù)，導(dǎo)熱性好，工作溫度可達(dá) 680℃，許多強(qiáng)度可達(dá) 2.8～4.0MPa, 耐磨，有良好的熱穩(wěn)定性和磨合性，廣泛用于重載機(jī)器。金屬摩擦材料強(qiáng)度高，對(duì)水的浸入不敏感，溫度升高時(shí)摩擦系數(shù)下降快，膠合趨勢(shì)大，因而制動(dòng)不穩(wěn)定。2. 非金屬摩擦材料這類材料有：石棉摩擦材料，它的應(yīng)用最廣，有機(jī)摩擦材料，如橡膠、皮革和木材主要用于小功率低速機(jī)器制動(dòng)；紙基摩擦材料，主要用在油介質(zhì)中工作的制動(dòng)器，它有摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損小，靜和動(dòng)摩擦系數(shù)很接近的特點(diǎn)；碳基摩擦材料，是較晚出現(xiàn)的一種材料，耐高溫性能好，可在 800～1000℃，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，耐磨性好。- 23 -制動(dòng)器上用的摩擦材料，絕大多數(shù)是石棉制品，其基本成分是石棉、粘結(jié)劑和用以調(diào)節(jié)摩擦性能的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)填料。石棉摩擦材料又分為紡織類和纖維類：（1）紡織類石棉制品有石棉橡膠制動(dòng)器片、石棉浸油或耐油制動(dòng)器片、石棉銅絲和石棉樹(shù)脂制動(dòng)器片等，這類制品抗沖擊強(qiáng)度好，在常溫下有較高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，但耐高溫性能較差，磨損較快。（2）纖維類是將短纖維石棉、粘結(jié)劑和各種添加劑等混合后，再經(jīng)熱壓而成，有時(shí)根據(jù)需要也加入少量有色金屬，統(tǒng)稱石棉制品，應(yīng)用較廣。由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有致癌公害問(wèn)題已被逐漸淘汰，取而代之的各種無(wú)石棉型材料相繼進(jìn)行研制，這也是近年來(lái)的發(fā)展方向。摩擦材料尚在不斷發(fā)展，由于材料的組成及制造工藝不同，其摩擦性能往往差別很大，在使用各種摩擦材料時(shí)，應(yīng)注意從制造廠取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)再進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。- 24 -第 4 章 盤式制動(dòng)器壓盤的設(shè)計(jì)4.1 壓盤的結(jié)構(gòu)壓盤是盤式制動(dòng)器中比較復(fù)雜的零件，加工精度也較高，國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)上大部分用球墨鑄鐵制造，也有用可鍛鑄鐵或灰鑄鐵的。壓盤厚度 15～17 毫米，其摩擦表面有較低的粗糙度和較小的不平度。壓盤上有三個(gè)定心凸臺(tái)與殼體相應(yīng)的內(nèi)圓配合，作為支持并使壓盤與被制動(dòng)軸同心。壓盤一般有兩個(gè)凸起，當(dāng)凸起 碰c到殼體凸肩時(shí)，表示摩擦盤已磨損至極限，應(yīng)更換摩擦襯片。查閱盤式制動(dòng)器壓盤的有關(guān)資料，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況確定為以下數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位： ）m制動(dòng)器壓盤： 材料 QT40—10； 厚度 16.5；摩擦面粗糙度 0.8； 平面度允差 0.10；定心凸臺(tái)粗糙度 6.3。 如圖 4-1 所示制動(dòng)器壓盤結(jié)構(gòu)圖如圖 4-1 所示制動(dòng)器壓盤結(jié)構(gòu)圖- 25 -4.2 壓盤的球槽在壓盤上均勻地分布著 3～5 個(gè)球槽，其位置在摩擦面中部，使摩擦片均勻地壓緊。許多運(yùn)輸車輛中廣泛采用卵形槽，這種槽的曲率半徑小，保證鋼球的良好接觸，減少擠壓應(yīng)力，這幾個(gè)球槽間的位置精度有較高的要求，一般用測(cè)量鋼球來(lái)檢驗(yàn)。查閱運(yùn)輸車輛壓盤上的球槽以及鋼球的有關(guān)資料，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況現(xiàn)確定為以下數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位：mm）鋼 球： 個(gè)數(shù) 5 規(guī)格 7/8″C IV球槽的分布： ￠140 位置精度 0.05槽 體： α 為 dg22.225 ''3015??用測(cè)量鋼球檢驗(yàn)時(shí)的測(cè)量值：28.7±0.03 粗糙度 6.3[注] 測(cè)量鋼球均為 7/8″AⅢ，直徑為￠22.225 －0.002如圖 4-2 所示制動(dòng)器球槽結(jié)構(gòu)圖如圖 4-2 所示制動(dòng)器球槽結(jié)構(gòu)圖在壓盤上還開(kāi)出 3～5 個(gè)彈簧拉耳，以便不操作時(shí)，兩壓盤在彈簧作用下回位，這些彈簧總的預(yù)拉力約 150～250 N。制動(dòng)器殼體內(nèi)有三對(duì)稱布置的凸肩，凸肩的內(nèi)圓表面用來(lái)保證壓盤的對(duì)中定位。其中有兩凸肩在制動(dòng)時(shí)用來(lái)承受壓盤凸起給予的作用力。通常凸肩與殼體鑄成一體，可保證足夠的鋼度和強(qiáng)度， 但該傳力表面的加工較為困難。