长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计

长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计目录1绪论…………………………………………………………………………11.1制动器的作用…………………………………………………………11.2制动器的种类…………………………………………………………11.3制动器的组成…………………………………………………………11.4车型数据参数…………………………………………………………22制动方案选择………………………………………………………………32.1盘式制动器种类…………………………………………………………32.2制动器的选择……………………………………………………………43制动系统的主要参数的选择及计算…………………………………………53.1制动盘主要参数的确定…………………………………………………53.1.1制动盘直径D…………………………………………………………53.1.2制动盘厚度h…………………………………………………………53.2摩擦衬块主要参数确………………………………………………………53.2.1摩擦衬块内半径R1和外半径R2………………………………………53.2.2摩擦衬块有效半径……………………………………………………53.2.3摩擦衬块的面积………………………………………………………63.2.4摩擦衬块摩擦系数f……………………………………………………63.3制动器的相关参数计算……………………………………………………63.3.1同步附着系数分析……………………………………………………63.3.2确定前后制动力矩分配系数β………………………………………73.3.3盘式制动器最大制动力矩……………………………………………73.3.4盘式制动器的制动力计算……………………………………………73.4摩擦衬块的磨损特性计算…………………………………………………8长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计3.5制动器的热容量和温升的核算……………………………………………93.6制动器主要零部件的结构设计……………………………………………114液压制动驱动机构的设计计算………………………………………………124.1制动轮缸直径d……………………………………………………………124.2前轮制动轮缸工作容积的设计计算………………………………………124.3驻车制动计算………………………………………………………………13结论…………………………………………………………………………………15参考文献……………………………………………………………………………16长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-1-1.绪论1.1制动器的作用汽车的制动系是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的一系列机构。对汽车起到制动作用的是作用在汽车上，其方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻力，上坡阻力，空气阻力都能对汽车起到制动作用，但这些外力的大小都是随机的，不可控制的。故汽车上必须装设一系列专门的装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界在汽车某些部分施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。这一系列专门装置即为汽车制动系统。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。也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。1.2制动器种类制动系统由供能装置，控制装置，传动装置，制动器组成。按制动系统的功用分为行车制动系统，驻车制动系统，第二制动系统，辅助制动系统。凡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称为摩擦制动器。目前各类汽车所用的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原件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转原件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。因为所设计的是前轮的盘式制动器，按摩擦副中固定原件的结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式。1.3制动器的组成制动器的组成任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动杆操纵(但也有用脚踏板操纵的)，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动两个后轮，有些前轮驱动的车辆装有前轮驻车制动器。中央制动器位于变速器之后的传动系中，用于制动变速器的第二轴或传动轴。行车制动和驻车制动这两套制动装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、储气罐、控制阀和制动器室。1.4车型数据参数长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-2-根据老师所给的课题任务书可知，所设计的车型为“长安福特福克斯2.0”，查阅相关车型的参数作出车型参数表如下图。表2-1主要性能参数参数名称数值单位汽车布置方式前置前驱总长4480mm总宽1840mm轴距2640mm前轮距1536mm后轮距1531mm整备质量1355kg总质量1730kg发动机型式汽油直列4缸排量1.999L最大功率104.0/6000Kw最大转矩180/4000Nm压缩比10.8变速器档数5档轮胎类型与规格205/55R16Km/h根据相关数据和查询资料可得：质心高度：hg=0.6m；前轴负荷率：55%；即质心到前后轴距离分别为a=L*（1-0.55）=1188mm；b=L*0.55=1452mm；轮胎有效半径re=406/2+205*55%=315.75mm长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-3-2.制动器方案的选择2.1盘式制动器种类按摩擦副中固定原件的结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式两大类。钳盘式制动器是由旋转原件（制动器）和固定元件（制动钳）组成。制动盘盘式摩擦副中的旋转件，它是以端面工作的金属圆盘。制动钳是由装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中的制动块和促动装置组成。制动块是由工作面积不大的摩擦块和金属背块组成。全盘式制动器的旋转件也是以端面工作的金属圆盘（制动盘），其固定元件是呈圆盘形的金属背板和摩擦片。工作时制动盘和摩擦片间的摩擦面全部接触。全盘式制动器只有少数汽车（主要是重型汽车）采用为车轮制动器，个别情况下还可以作为缓速器。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：定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿制动器盘轴线方向移动，因而其中必须在制动盘两侧都装设制动块促动装置（例如相当于制动轮缸的油缸），以便将两侧的制动块压向制动盘。如图2—2所示，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式。长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-4-浮钳盘式制动器：按制动钳运动方式，浮钳式制动器又可以分为滑动钳盘式制动器和摆动钳盘式制动器。如图2-3，滑动钳盘式制动器的制动钳可以相对制动盘作轴向滑动。其中只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。摆动钳盘式制动器也是单侧设置油缸，其制动钳体与固定在车轴上的支座铰接，故不能滑动，而是在与制动盘垂直的平面内摆动以实现制动。2.2制动器的选择全盘式制动器只有少数汽车（主要是重型汽车）采用为车轮制动器，而定钳盘式制动器存在以下缺点：油缸较多，使制动钳结构复杂;油缸分置于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通。这必然使得制动钳的尺寸过大，难以安装在现代化轿车的轮辋内；热负荷大时，油缸（特别是外侧油缸）的跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化；若要兼用于驻车制动，则必须加装一个机械促动的驻车制动钳。最后，根据各种制动器的优缺点，考虑到所适应的车型、现代乘用车制动器应用发展趋势以及经济成本，满足本课题任务要求，该车前轮制动器采用滑动钳盘式制动器。长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-5-3.制动系统的主要参数的选择及计算3.1制动盘主要参数的确定3.1.1制动盘直径D该车选用的轮胎规格为205/55R16.查标准得轮辋直径Dr为406mm。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：D=73%Dr=296mm。3.1.2制动盘厚度h制动盘厚h对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小，制动盘的厚度不宜取得很大；为了减少温升，制动盘的厚度又不宜取得过小。制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔。一般实心制动盘厚度可取为10—20mm，通风制动盘厚度可取20—50mm，采用较多的是20mm—30mm。选取实心制动盘厚度为h=18mm。3.2摩擦衬块主要参数的确定3.2.1摩擦衬块内半径R1和外半径R2推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5.若比值偏大，工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多，磨损不均匀，接触面积减小，最终导致制动力矩变化较大。选R2/R1=1.5，由于摩擦衬块外半径R2略小于制动盘半径D/2=148mm,取145mm。所以R1=140/1.5=95mm。最终得R1=95mm，R2=145mm。对于常见的扇形摩擦衬块，如果其径向尺寸不大，取R为平均半径Rm或有效半径Re已足够精确。如图所示：图3-1制动器摩擦衬块平均半径：Rm=(R1+R2)/2=120mm3.2.2摩擦衬块有效半径有效半径Re是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离，如下式所示：长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-6-)2]()(1[34322212212121223132RRRRRRRRRRfNTRfe（3-1）其中，令m=R1/R2。则前制动器制动衬块有效半径：mfefRmmR])1(1[342=121.6mm3.2.3摩擦衬块的面积在确定盘式制动器摩擦衬块工作面积A时，根据摩擦衬块单位面积占有的汽车质量，推荐在1.6-3.5kg/cm2。长安福特福克斯总质量M=1730kg，前轴负荷率55%，则（1730×0.55）/（3.5×4）A(1730×0.55)/（1.6×4）74.14cm2A162.18cm2取A=100cm23.2.4摩擦衬块摩擦系数f选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性的要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。各种制动器用擦材料的摩擦系数的稳定值约为0.3～0.5，少数可达0.7。一般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。当前国产的制动摩擦片材料在温度低于250℃时，保持摩擦系数f=0.35～0.40已无大问题。因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩。另外，在选择摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。所选择摩擦系数f=0.35。3.3制动器的相关参数计算3.3.1同步附着系数分析（1）当0时：制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；（2）当0时：制动时总是后轮先抱死，这是容易发生后轴策划而使汽车丧失方向稳定性；（3）当0时：制动时汽车前后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。长安福特福克斯2.0前轮盘式制动器设计-7-分析表明，汽车在同步系数为的路面上制动（前后轮同时抱死）时，其制动减速度为gqgdtdu，即q=0,