摘 要

在汽车越来越普及的今天，人们也把更多的关注点放在汽车安全性上，制动系统是一个跟汽车安全性紧密相关的汽车重要组成部分。本文主要是依据东风阳光（2016款）车型的参数进行汽车前制动系统的设计,主要内容为前制动器的设计。首先对制动系统研究的意义、国内外研究现状进行了概述，然后通过对制动系统不同的结构形式进行分析比较，确定最适合的前制动系统形式。针对东风阳光（2016款）车型，分析了汽车在不同附着情况的道路上的制动情况，对制动系统的主要参数进行了计算。结合实际情况，选取了制动器的主要参数，完成磨损、温升等性能要求的校核。对制动器中主要零部件设计后，利用CATIA完成制动器的三维建模，并完成了制动驱动机构的设计计算和制动力分配的调节机构的分析、选择。

关键词：制动系统；盘式制动器；制动力；设计

Abstract

More and more popular in the car today, the safety of the car is also more attention, the brake system is an automotive safety inseparable part of the car. This paper is based on Dongfeng Nissan Sunshine (2016) models of the parameters of the car before the brake system design. Firstly, the significance of the research on the braking system, the current situation of the research at home and abroad and the expected target of the design are summarized. Then through the analysis and comparison of the different structural forms of the braking system, the most suitable form of the pre-braking system is determined.According to the Dongfeng Nissan Sunshine (2016), the braking situation of the car on different road conditions was analyzed, and the main parameters of the braking system were calculated. Combined with the actual situation, selected the main parameters of the brake to complete the wear and tear, temperature rise and other performance requirements of the check. After the design of the main components in the brake, the three-dimensional modeling of the brake is completed by CATIA, and the design and calculation of the brake drive mechanism and the analysis and selection of the braking force distribution and adjustment mechanism are completed.

Key words: brake system; disc brake; brake force;design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的目的意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究内容与预期目标 2

第2章 制动系统结构形式及选择 3

2.1制动器的选型 3

2.1.1鼓式制动器 3

2.1.2盘式制动器 3

2.2制动驱动机构的选型 5

2.2.1制动驱动机构结构型式的选择 5

2.2.2分路系统的选型 6

第3章 制动系统主要参数的确定 7

3.1汽车基本参数 7

3.2制动系性能参数的确定 7

3.2.1制动力与制动力分配系数 7

3.2.2同步附着系数的确定 11

3.2.3制动器最大制动力矩的计算 13

3.3制动系统性能校核 14

第4章 制动器的设计计算 15

4.1盘式制动器主要参数初选 15

4.1.1制动盘直径 15

4.1.2制动盘厚度 15

4.1.3摩擦衬块内外半径 16

4.1.4摩擦衬块工作面积 16

4.1.5摩擦衬块平均半径、有效半径计算 16

4.2摩擦衬片磨损特性计算 18

4.3制动器的热容量和温升的校核 18

4.4制动器主要零件的结构设计 19

4.4.1制动盘 19

4.4.2制动钳 20

4.4.3制动衬块 20

4.4.4摩擦材料 21

第5章 制动驱动机构与制动力调节机构 22

5.1制动驱动机构的设计 22

5.1.1制动轮缸计算 22

5.1.2制动主缸计算 23

5.1.3制动踏板力计算 23

5.1.4制动踏板工作行程计算 24

5.2制动力调节机构 24

5.2.1限压阀 25

5.2.2比例阀 25

总 结 28

致谢 30

附录A 31

附录B 33

第1章 绪论

1.1研究的目的意义

我国汽车数量屡创新高，伴随着汽车在人们生活中充当着越来越重要的角色，对于汽车各方面的要求也在不断地提高。一辆汽车能够正常可靠的运行，需要组成整车的各个系统都能正常、合理的进行工作，发挥出自己的作用。制动系统是汽车的整体结构中不可或缺的十分重要的一部分，它承担着使正在行驶中的汽车减速、停车，使汽车在下坡时能够保持速度稳定，以及使停驶的汽车能够保持在原地不动的作用^[1]。汽车的制动系统与道路安全密切相关，现在中外经济不断发展，道路情况越来越好，汽车的行驶速度也不断提高，而道路上的车辆却也在逐渐增多，如果制动系统的发展不能达到相应的需求，则危险情况随时可能会发生，而且安全隐患也时时刻刻存在于每个人的生活当中。为了消除安全隐患，确保行车安全，跟制动有关的法规也越来越严格，要求越来越详细。另外，制动系统的性能也制约着汽车的行驶速度，对汽车的经济性有着很大的影响。因此本次对汽车前制动系统的设计有很大的实际意义。

1.2国内外研究现状

汽车制动系统的发展大体经过三个主要时期，即机械制动时期，气压液压制动时期和电控制动时期。现在液压制动技术已经比较成熟，但为了完善制动系统的功能，提高制动系统的安全性，ABS、ESP等技术也逐渐加入到制动系统中去，这使得制动系统的结构变得复杂，液压管路与电子线路的设计繁琐，因此今后的制动系统的发展将会是以电液复合制动系统为一个过渡时期向电子控制制动方向发展^[2]。汽车制动器主要分为两大类,盘式制动器和鼓式制动器，两种制动器通过摩擦的方式产生力矩进而为汽车制动提供制动力。但由于盘式制动器相对于鼓式制动器有其较多的优越性，因此盘式制动器在轿车上有着越来越广泛的应用，现在大部分轿车采用前盘后鼓或者是前后轮均为盘式制动器的制动方式。制动器中的制动材料也在向着环保、耐热、轻量化的方向发展，各种新型材料，复合材料也在不断研发出来并投入到使用当中。

国外汽车工业的起步早，发展水平较高，早在70年代汽车设计和性能研究就开始进入自动化阶段。现阶段，摩擦式制动器已经较为成熟，但研究人员也在对制动器其它耗散能量的方式进行积极探索，电磁式，涡流式也得到发展。Yazdanpanah Reza等人便提出了一种涡流制动器，它取消了外置电源装置，具有良好的控制能力，并通过建模分析后验证了该制动器的可行性^[3]。国外制动器设计过程中采用大量的计算机仿真、优化设计等现代设计手段，因此他们制动器的设计过程周期短,效率高，所设计的产品质量也较好。Jung SP团队针对制动系统提出一种程序，可以方便的测试汽车制动系统性能，并能对制动期间制动盘等器件性能的变化进行测试，可以节约很多时间和金钱^[4]。随着环境问题的凸显和化石燃料数量的限制，越来越多的研究投入到能源的高效利用方面。Oleksowicz SA、Ghafouryan MM等人便在制动器能量回收方面做了深入的研究。^[5][6]

我国汽车工业起步晚，实验技术、设计水平相对落后。但随着我国科研水平的发展，中外企业合作的不断加强以及高速公路水平的提升和法规的不断完善，我们也在不断学习和借鉴国外的实验、设计的经验，技术水平不断进步。计算机仿真，优化设计也被广泛应用于设计当中。清华大学陈友飞进行了盘式制动器热与热力耦合分析模型的建立与仿真计算研究，证明了制动过程温度场对应力场的影响^[7]。汪世义利用仿真软件进行了气压盘式制动器热—结构耦合分析，做出了制动盘的热疲劳寿命预测^[8]。李力利用C 6.0设计语言开发了分析跟优化制动系统的性能的软件^[9]。刘景辉用MATLAB编写了汽车制动力分配合理评价的仿真程序^[10]。我国设计水平正不断提高，大量的科研人员也在制动器的各个领域做出巨大的努力并取得了相应的成果。

1.3课题研究内容与预期目标

本次毕业设计首先需要查阅资料，阅读相关文献，了解当前制动系统的相关理论和研究现状。然后根据学习到的理论知识，完成前制动系统总体方案的确定。结合实际，对东风阳光（2016款）制动系统的主要参数进行计算，分析汽车在不同附着情况的路面上的制动情况。根据计算得到的参数完成前制动器主要参数的确定，相关性能的校核，对主要零件进行三维建模完成装配，最后完成制动力驱动机构的设计，制动力调节机构的分析、设计。

第2章 制动系统结构形式及选择

使汽车以适当的减速度减速直至停车，使汽车在下长坡时保持稳定的车速以及使汽车可靠的停在原地（包括坡路上）这些统称为汽车制动。汽车驾驶员如果要根据不同的道路情况和交通情况按照自己的意愿对汽车采取制动，便需要一系列的装置来让外界对汽车施加一制动力，这些装置便称为汽车制动系统 ^[11]。

2.1制动器的选型

制动器能够产生阻碍车辆运动和运动趋势的力，汽车运动时，它可以将汽车动能转化为热能散失到空气中进而迫使车辆减速停车。在汽车静止时它产生阻碍汽车运动趋势的力使汽车保持静止不动。

制动器根据制动时将汽车动能转化成的能量形式的不同可分为摩擦式，液力式和电磁式。摩擦式制动器在车辆中最为常见，根据摩擦副的形状的不同又可以分为不同的形式。盘式跟鼓式是较为常见的摩擦式制动器。

2.1.1鼓式制动器

鼓式制动器主要结构包括制动鼓、制动蹄和驱动装置。根据制动蹄属性的不同又可以分成更多的种类，有领从蹄式、增力式等。鼓式制动器中的制动鼓跟随车轮一起转动，大部分鼓式制动器工作表面为内侧圆柱面。

2.1.2盘式制动器

盘式制动器有钳盘式跟全盘式两种类型。第一种制动器中的制动盘跟随车轮一起转动，其工作表面为盘的两端面，固定摩擦元件为制动衬块，制动衬块安装在制动钳中，并在制动钳中有促动装置来促使制动衬块运动与制动盘接触、压紧产生制动力。全盘式制动器与钳盘式制动器十分相似，但最大的不同是全盘式采用面积更大的圆盘状摩擦片。制动时，摩擦片与制动盘有着很大的接触面积，因此可以产生较大的制动力。钳盘式制动器比全盘式制动器结构更为简单，并且有着更好的散热能力，因此钳盘式制动器相对于全盘式被更多的车辆所采用。依据盘式制动器中制动钳的结构不同，盘式制动器又可以分为固定钳式跟浮动钳式。

图2.1 不同类型鼓式制动器示意图

固定钳式制动器制动时两侧液压缸中的活塞在液压力的作用下轴向运动，活塞的运动带着摩擦衬块轴向运动。滑动钳式制动器与其不同的是只有一侧拥有轮缸，轮缸中活塞带动制动块压紧制动盘，反作用力也会使制动钳相对制动盘轴向运动带动制动衬块压紧制动盘的另一侧。摆动钳式制动器也是只有一侧有液压缸，但是其钳体运动为摆动。

1. （b） （c）

图2.2 盘式制动器示意图