1、山东交通学院毕业设计（论文）1前 言国内汽车市场迅速发展，随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。因此，如何开发出高性能的制动系统，为安全行驶提供保障是我们要解决的主要问题。另外，随着汽车市场竞争的加剧，如何缩短产品开发周期,提高设计效率，降低成本，提高产品的市场竞争力，已经成为企业成功的关键。制动器是车辆的关键部件之一, 其性能的好坏直接影响整车性能的优劣, 因此, 制动器的设计在整车设计中显得相当重要。本文详细地阐述了各类制动器的结构、工作原理、优缺点和发展前景,探讨了一种结构简单的盘式制动器。对制动器的主要零件如制动盘、制动钳
2、、制动块、摩擦衬片、活塞等进行了结构设计和计算,从而设计出一种比较精确的制动器。根据设计与计算用 Pro/E 绘制出了该制动器的制动盘、制动钳、活塞、摩擦衬块等零件图和装配图。本课题主要完成基于 Pro/E 三维造型技术进行盘式制动器参数化设计。通过引入基于 Pro/E 特征的参数化造型思想，建立制动器典型的零部件模板库，模型设计计算完成后，通过参数化驱动从而得到所需的制动器模型。参数化设计是当前 CAD 技术中的一个研究热点，车辆制动器参数化设计方法的研究, 使制动器设计的半自动化以及制动器性能的提高成为可能。对参数化设计的方法进行研究，对企业实现快速设计、提高市场竞争力具有重要的现实意义。
3、目前面向零件参数化设计的研究与系统开发已经取得了一定成效，但对产品级的参数化设计的研究比较少，缺少方法，效果也不太理想。本文深入的研究了零件参数化设计的方法，建立了基于 Pro/E 系统的盘式制动器参数化设计系统，在系统的开发过程中将理论研究与实际应用紧密结合，验证了基于装配约束的参数化设计方法的可行性，系统具备设计计算，参数化造型，系统数据管理等功能。针对目前基于 Pro/E 的二次开发中普遍忽视非几何信息的情况，系统还是先了对非集合信息的管理，并在此基础上研究了工程图制动生成技术。此设计为企业面向现代设计与制造的产品数字化做了有益的探索，其开发思想可用于其他产品设计系统的开发。参数化设计方
4、法具有高效性、实用性的特点，在产品的系列设计、相似设计及专用 Pro/E 系统开发方面都具有较大的应用价值。与传统设计方法相比，能够减少重复劳动，提高设计效率，符合现代产品设计需求。苏长文：盘式制动器的参数化设计21 制动系概述1.1 制动系的功能汽车需要行驶，同时也需要能够使行驶中的汽车减速甚至停车，而且有时能够可靠的停车显得更重要。要做到使行驶中的汽车减速或停车就必须产生一个与汽车行驶方向相反的力，才能让行驶中的汽车减速或停车。作用在行驶汽车上的滚动阻力、坡道阻力、空气阻力、加速阻力等都与汽车的行驶方向相反，但是这些力的大小都是随机的、很难控制的。因此，汽车上必须设置一系列专门的装置，以便
5、使驾驶员能够根据道路和交通等情况，借助以外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动，使汽车减速或停车，这一功能就是制动系的功能，这一系列专门的装置即为制动系。另外，当汽车停下来后需要可靠的停车，这也包括在坡道上的可靠停放。使汽车能够可靠的停车也是制动系的功能之一。1.2 车轮制动时的工作原理汽车受到与行驶方向相反的外力时，才能从一定的速度制动到较小的车速或直至停车。这个外力只能由地面和空气提供。但由于空气阻力相对较小，所以实际上外力主要是由地面提供的，称之为地面制动力。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短，所以地面制动力对汽车制动性具有决
6、定性影响。图 1.1 为车轮在良好的硬路面上制动时的受力情况。图 1.1 车轮受力山东交通学院毕业设计（论文）3Tf 是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩，单位是 Nm；FB 是地面制动力，单位为 N; W 为车轮垂直载荷、TP 车轴对车轮的推力、FZ 为地面对车轮的法向反作用力，它们的单位均为 N。显然，从力矩平衡得到FB=Tf/r (1.1)式中 r为车轮的有效半径，m；Tf制动器制动力矩，Nm。地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力附着力。在轮胎周缘为了克服
7、制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力，以符号 Fu 表示。它相当于把汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切向方向推动车轮直至它能转动所需的力，显然Ff=Tf/r (1.2)当驾驶员松开制动踏板时，在回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓（制动钳与制动盘）的间隙又得以恢复，从而解除制动。1.3 制动系的要求汽车制动系应满足以下要求：（1） 具有良好的制动效能（2） 具有良好的制动效能恒定性（3） 具有良好的制动方向稳定性（4） 操纵轻便（5） 具有良好的制动平顺性1.4 车轮制动器类型制动器是具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是使机械中的运动件停止或减速的机械零
8、件，俗称刹车闸。制动器主要由制架、制动件和操纵装置等组成。目前，广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式、盘式和带式三种：鼓式制动器分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两类。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，制动时，利用制动鼓的内圆柱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。苏长文：盘式制动器的参数化设计4盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩以阻止车轮转动。鼓式制动器的带
9、式制动器只用作中央制动器。 图 1.2 鼓式制动器示意图图 1.3 盘式制动器示意图1.5 盘式制动器1.5.1 盘式制动器的工作原理盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器山东交通学院毕业设计（论文）5散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效
10、果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。 1.5.2 盘式制动器的主要类型( 1 ) 固定钳式盘式制动器固定钳式盘式制动器如下图所示，其制动钳体固定在转向节（或桥壳）上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装一个活塞。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少时，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种结构形式又称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。固定钳式盘式制动
11、器的制动钳刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件。但由于需采用两个油缸并分置制动盘的两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通。这就使得制动器的径向和轴向尺寸都较大，因而在车轮中，特别是车轮轮距小的微型车的前轮中的布置比较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动产生的热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果。微型客车从结构和经济性上考虑都不适用固定钳式盘式制动器。近年来，由于汽车性能要求的提高，固定钳式固有的弱点使之不能完全适应这些要求，故不采纳固定钳式盘式制动器。苏长文：盘式制动器的参数化设计6活塞制动钳体制动块车桥进油口制动盘缺点：油缸多
12、、结构复杂、制动钳尺寸大。油路中的制动液受制动盘加热易汽化。图 1.4 固定钳式盘式制动器( 2 ) 浮动钳式盘式制动器山东交通学院毕业设计（论文）7浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支撑销摆动。但它们的制动油缸都是单侧的，且与油缸同侧的制动块总成为活动的，而另一侧的制动总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成的受力均等为止。浮动钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，造价低廉，易
13、于布置，结构尺寸紧凑，可将制动器近一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车制动和驻车制动。由于浮动钳没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较小，使冷却条件较好。另外单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低 30 50，汽化的可能性较小。相比于固定钳式浮动钳式可将油缸和活塞等精密件减去一半，造价大为降低。浮钳盘式制动器示意图：1.制动盘 2.制动钳体 3.摩擦块 4.活塞 5.进油口 6.导向销 7.车桥苏长文：盘式制动器的参数化设计8图 1.5 浮钳式制动器( 3 ) 全盘式制动器全盘式制动器由固定摩擦
14、圆盘和旋转圆盘组成。定圆盘通过导向平键或花键联接(见键联接、花键联接)于固定壳体内，而动圆盘用导向平键或花键装在制动轴上，并随轴一起旋转。当受到轴向力时,动、定圆盘相互压紧而制动。为增多盘数和在圆盘表面覆盖一层石棉等摩擦材料可增大制动力矩。其工作原理如摩擦离合器，故又称离合器式制动器。这种制动器结构紧凑，摩擦面积大，制动力矩大，但散热条件差，结构较为复杂，造价成本高，故不予以采用。山东交通学院毕业设计（论文）9图 1.6 全盘式制动器综上所述：选择方案二浮动盘式制动器最为理想。滑动钳式制动器由于它结构简单、紧凑、质量小和耐高温，它既满足了制动安全实用性也具有较低的生产成本，得到了广泛的应用，所
15、以我考虑选用滑动钳式盘式制动器做为 SUV 的制动器。1.5.3 盘式制动器的优缺点( 1 ）盘式制动器的优点制动盘、制动块都裸露于大气中，散热容易，制动器不容易过热，减小了制动器的热衰退现象，同时，当制动盘上有水时，在离心力的作用下，水很快被甩干，不易出现水衰退现象，故有良好的制动恒定性。制动器无助势作用，因此对摩擦副摩擦力附着系数变化不敏感，制动效果稳定，另外制动器产生摩擦力矩与管路压力呈线性关系，因此，盘式车轮制动器制动平顺性好。盘式车轮制动器制动块与制动盘间隙较小，且管路中万物残余压力，无复位弹簧，因此制动滞后时间短，有利于紧急制动。结构简单，质量轻，便于维修，易于实现制动块与制动盘间
16、隙自动调整。制动盘升温后沿厚度方向的热膨胀量比鼓式制动器径向膨胀量要小得多，且制动管路中无残压，因此不会出现间隙自调过度的问题。苏长文：盘式制动器的参数化设计10(2)盘式制动器的缺点难以完全防止污沉和锈蚀（封闭的多片全盘式制动器除外）兼作助车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂在制动驱动机构中必须装用助力器因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命低，需要高材质的衬块1.6 国内外汽车盘式制动器发展状况1.6.1 国内汽车盘式制动器应用情况 盘式制动器在汽车上的应用，由于受到车轮轮毂的外形尺寸的限制，在小型车上大量使用的是液压盘式制动器，由于气压盘式制动器的制动力比液压盘式制动器的制动力大，
17、重型汽车所需的制动压力较大，所以在重型车使用的是气压盘式制动器。随着我国汽车工业技术的发展，汽车上采用盘式制动器配置将逐渐得到广泛应用，特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥着很大的作用!汽车在制动过程中由于惯性力的作用，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的大。从经济与实用的角度出发，生产厂家为了节省成本，多采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总
18、泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。目前大部分轿车(如长城、吉利、上汽荣威、东风风神)、微型车（奥拓、奇瑞 QQ、比亚迪 F0、北斗星）、高端轻卡（东风小霸王、江淮汽车、日本五十铃、福田奥铃）、SUV 及皮卡（长城哈弗、长城皮卡）等采用前盘后鼓式混合制动器。随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，特别上国家安全法规的强制实施，前后轮都采用盘式制动器已成为主流趋势。1.6.2 国外盘式制动器研发情况介绍国外汽车研发机构经过多年的研究和试验，气压盘式制动器在主要性能方面都优于传统的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比在制动性能等方面的有明显的优势，主要表现在以下几个方面：制动力和安全性：在间断制动状态下，鼓式与盘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（如下山），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
