乘用车盘式制动器设计(附件)
盘式制动器具有尺寸小、质量轻、间隙调整方便、制动效能稳定等优点，在汽车制动系统中得到越来越多的采用。本文根据制动器设计的一般原则，综合考虑制动器的质量和尺寸、制动效能、制动效能恒定性、制动间隙调整的简便性等诸多因素设计本产品。根据所选捷达车型的基本参数，确定制动器的主要结构参数，选取了同步附着系数，在对制动器进行受力分析之后，对液压制动驱动机构进行设计计算，随后采用了MATLAB遗传算法工具箱对制动器进行了优化计算，然后对设计的制动器进行核算。最后根据优化结果绘制了制动器的各主要零部件的工程图。
关键词 盘式制动器，结构参数，制动力矩，优化设计
目 录
1 绪论 1
1.1 盘式制动器的介绍与特点 1
1.2国内外汽车盘式制动器的发展现状 2
2 制动器的结构与设计原则 3
2.1汽车盘式制动器 3
2.2捷达轿车盘式制动器的结构和工作原理 3
2.3制动器设计的主要要求 5
2.4制动驱动机构的选择 6
2.5制动管路的选择 6
3 制动器设计 7
3.1基本参数的选择 7
3.2盘式制动器的主要元件 7
3.3同步附着系数的选取 9
3.4制动器受力分析与力矩计算 10
3.5液压制动驱动机构的设计计算 12
4 盘式制动器的优化 14
4.1算法设计 14
4.2制动器的制动力矩和表面温升 15
4.3设计变量 17
4.4目标函数 17
4.5约束条件 18
4.6优化结果 20
5 制动器的核算 21
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
1衬块磨损特性的核算 21
5.2制动器的热容量和温升的核算 22
5.3制动力矩的核算 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
1.1 盘式制动器的介绍与特点
汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具，而且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、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。汽车制动系统主要是用来制约汽车的运动，是保护乘车人员安全的一个非常重要的系统，制动器是直接作用在车轮上的制约汽车运动的一个重要部件，汽车的制动性能好坏直接影响到驾驶人员的安全，是不容忽视的一个问题。
盘式制动器大多用于汽车的前轮，甚至不少车辆四个车轮都装配盘式制动器。制动盘装在轮毂上，与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液压油压力传递到盘式制动器，推动摩擦衬块靠到制动盘上，阻止制动盘转动。
现在，盘式制动器在汽车上的使用越来越多广泛，特别是在轿车上已被大量使用，在很多中高档轿车上，前后轮都已经使用了盘式制动器。盘式制动器具有制动时制动力大而且很稳定的优点，并且在各种道路上都有着良好的制动性能，其制动效能要优于一般的鼓式制动器，而且行驶过程中流动的空气能够直接通过制动盘的表面，带走制动盘表面温度，所以盘式制动器的散热性比较优越。但是和鼓式制动器相比，盘式制动器结构要稍微复杂一些，对制动钳和制动管路系统的要求也比较高，而且一般成本也高于鼓式制动器。
按照摩擦副中固定元件的结构形式，盘式制动器可分为钳盘式制动器和全盘式制动器。
固定钳盘式制动器中只有活塞和制动块是滑动件，这样使得制动钳的刚度得以保障，实现从鼓式到盘式的改进也比较方便，也能够达到分路系统的要求，所以在早期的汽车中，固定钳盘式制动器还是比较受欢迎的。
近年来，汽车性能有了大幅提高，固定钳盘式已经越来越不能满足汽车制动性能的要求，缺点也越来越明显，因而浮动钳得到迅速发展。首先，固定钳盘式至少要有两个液压油缸分别放置于制动盘的两侧，所以必须要有横跨制动盘的内部油道或外部油道来连接，这就使得制动器的径向和轴向尺寸加大，布置起来也比较困难，而浮动钳的外侧不放置油缸，可以将制动器进一步移入轮毂，轴向尺寸和径向尺寸进一步减小，其次，在高标准的使用条件下，固定钳容易使制动液的温度过高从而产生汽化现象，浮动钳由于没有放置跨越制动盘的油道，减少了制动液受热机会，所以比起固定钳来说，浮动钳的制动温度较低，又因为采用浮动钳可将活塞和油缸等精密器件减去一部分，使造价大为降低。
1.2 国内外汽车盘式制动器的发展现状
由于国外的汽车工业发展情况比国内更加先进，对制动器的研究也相对较早，实验技术比国内更加成熟，国外一些汽车研究机构经过多年的研究、试验发现，相对于传统的鼓式制动器，气压盘式制动器在主要性能方面都比较优越，现在一些生产实力较强的汽车公司在制造的汽车上都使用了气压盘式制动器。另一方面，汽车制造工业高度发达的一些国家也较早地对制动器试验台进行深入研究，例如德国的Carl?Schenck?AG公司，美国CHASE公司以及德国Froude?Hofmann公司等研究和制造的制动器试验台，都能够体现他们高超的实验技术。
国内的汽车工业水平要比一些汽车制造强国的汽车工业水平落后十几年，那么制动器实验技术也就相对的落后了，国内的制动器试验台主要依赖进口，但随着我国汽车工业技术的发展，引进国外先进技术，一些合资企业的进入，以及对国外先进技术的消化吸收和自我创新，我国的制动器试验台技术也取得了巨大的进步。比较出众的国产制动器试验台有吉林大学机电设备研究所研制的JF系列试验台和天津大学天津内燃机研究所研制的ZDQ型制动器试验台等。
从经济实用的角度考虑，一般轿车采用了前轮盘式制动，后车轮鼓式制动的混合制动形式。汽车在制动的过程中，由于受到惯性的作用，汽车的全部负荷大部分分配给了前轮，所以前轮的制动力要比后轮大。为了节省生产成本，生产时就采用了前轮盘式制动器制动，后轮鼓式制动器制动的混合制动方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这不仅是出于成本上的考虑，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，这类前制动器主要是通过液压总泵提供动力，将液压油压入制动轮缸中，推动活塞并带动摩擦衬块，最终达到制动的目的。随着高速公路等级的提高，前后轮都用盘式制动器是大势所趋。
当前制动器的研究与差距主要是体现在驱动机构的电子化程度。现在汽车盘式制动器的研发过程中应主要注意的问题是：提高制动器的制动效能、简化制动器结构、减轻重量、防止尘污侵蚀、减少生产成本，更重要的是研发更敏捷的电子报警和智能化系统，提高制动器的实用性与寿命。
2 制动器的结构与设计原则
2.1 汽车盘式制动器
图2.2 捷达捷达前轮盘式制动器
1——支架 2——制动钳壳体 3——活塞防尘罩 4——活塞密封圈 5——螺栓
6——导套 7——导向销防尘罩 8——活塞 9——止动弹黄 10——放气螺栓
11——外侧摩擦块 12——内侧摩擦块 13——制动盘
2.3 制动器设计的主要要求
HI、HH、LL型结构都比较复杂，所以本次设计不考虑。综上，X型的布置方案适用于本次设计。
3 制动器设计
3.1 基本参数的选择
1 绪论 1
1.1 盘式制动器的介绍与特点 1
1.2国内外汽车盘式制动器的发展现状 2
2 制动器的结构与设计原则 3
2.1汽车盘式制动器 3
2.2捷达轿车盘式制动器的结构和工作原理 3
2.3制动器设计的主要要求 5
2.4制动驱动机构的选择 6
2.5制动管路的选择 6
3 制动器设计 7
3.1基本参数的选择 7
3.2盘式制动器的主要元件 7
3.3同步附着系数的选取 9
3.4制动器受力分析与力矩计算 10
3.5液压制动驱动机构的设计计算 12
4 盘式制动器的优化 14
4.1算法设计 14
4.2制动器的制动力矩和表面温升 15
4.3设计变量 17
4.4目标函数 17
4.5约束条件 18
4.6优化结果 20
5 制动器的核算 21
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
1衬块磨损特性的核算 21
5.2制动器的热容量和温升的核算 22
5.3制动力矩的核算 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
1.1 盘式制动器的介绍与特点
汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具，而且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、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。汽车制动系统主要是用来制约汽车的运动，是保护乘车人员安全的一个非常重要的系统，制动器是直接作用在车轮上的制约汽车运动的一个重要部件，汽车的制动性能好坏直接影响到驾驶人员的安全，是不容忽视的一个问题。
盘式制动器大多用于汽车的前轮，甚至不少车辆四个车轮都装配盘式制动器。制动盘装在轮毂上，与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液压油压力传递到盘式制动器，推动摩擦衬块靠到制动盘上，阻止制动盘转动。
现在，盘式制动器在汽车上的使用越来越多广泛，特别是在轿车上已被大量使用，在很多中高档轿车上，前后轮都已经使用了盘式制动器。盘式制动器具有制动时制动力大而且很稳定的优点，并且在各种道路上都有着良好的制动性能，其制动效能要优于一般的鼓式制动器，而且行驶过程中流动的空气能够直接通过制动盘的表面，带走制动盘表面温度，所以盘式制动器的散热性比较优越。但是和鼓式制动器相比，盘式制动器结构要稍微复杂一些，对制动钳和制动管路系统的要求也比较高，而且一般成本也高于鼓式制动器。
按照摩擦副中固定元件的结构形式，盘式制动器可分为钳盘式制动器和全盘式制动器。
固定钳盘式制动器中只有活塞和制动块是滑动件，这样使得制动钳的刚度得以保障，实现从鼓式到盘式的改进也比较方便，也能够达到分路系统的要求，所以在早期的汽车中，固定钳盘式制动器还是比较受欢迎的。
近年来，汽车性能有了大幅提高，固定钳盘式已经越来越不能满足汽车制动性能的要求，缺点也越来越明显，因而浮动钳得到迅速发展。首先，固定钳盘式至少要有两个液压油缸分别放置于制动盘的两侧，所以必须要有横跨制动盘的内部油道或外部油道来连接，这就使得制动器的径向和轴向尺寸加大，布置起来也比较困难，而浮动钳的外侧不放置油缸，可以将制动器进一步移入轮毂，轴向尺寸和径向尺寸进一步减小，其次，在高标准的使用条件下，固定钳容易使制动液的温度过高从而产生汽化现象，浮动钳由于没有放置跨越制动盘的油道，减少了制动液受热机会，所以比起固定钳来说，浮动钳的制动温度较低，又因为采用浮动钳可将活塞和油缸等精密器件减去一部分，使造价大为降低。
1.2 国内外汽车盘式制动器的发展现状
由于国外的汽车工业发展情况比国内更加先进，对制动器的研究也相对较早，实验技术比国内更加成熟，国外一些汽车研究机构经过多年的研究、试验发现，相对于传统的鼓式制动器，气压盘式制动器在主要性能方面都比较优越，现在一些生产实力较强的汽车公司在制造的汽车上都使用了气压盘式制动器。另一方面，汽车制造工业高度发达的一些国家也较早地对制动器试验台进行深入研究，例如德国的Carl?Schenck?AG公司，美国CHASE公司以及德国Froude?Hofmann公司等研究和制造的制动器试验台，都能够体现他们高超的实验技术。
国内的汽车工业水平要比一些汽车制造强国的汽车工业水平落后十几年，那么制动器实验技术也就相对的落后了，国内的制动器试验台主要依赖进口，但随着我国汽车工业技术的发展，引进国外先进技术，一些合资企业的进入，以及对国外先进技术的消化吸收和自我创新，我国的制动器试验台技术也取得了巨大的进步。比较出众的国产制动器试验台有吉林大学机电设备研究所研制的JF系列试验台和天津大学天津内燃机研究所研制的ZDQ型制动器试验台等。
从经济实用的角度考虑，一般轿车采用了前轮盘式制动，后车轮鼓式制动的混合制动形式。汽车在制动的过程中，由于受到惯性的作用，汽车的全部负荷大部分分配给了前轮，所以前轮的制动力要比后轮大。为了节省生产成本，生产时就采用了前轮盘式制动器制动，后轮鼓式制动器制动的混合制动方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这不仅是出于成本上的考虑，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，这类前制动器主要是通过液压总泵提供动力，将液压油压入制动轮缸中，推动活塞并带动摩擦衬块，最终达到制动的目的。随着高速公路等级的提高，前后轮都用盘式制动器是大势所趋。
当前制动器的研究与差距主要是体现在驱动机构的电子化程度。现在汽车盘式制动器的研发过程中应主要注意的问题是：提高制动器的制动效能、简化制动器结构、减轻重量、防止尘污侵蚀、减少生产成本，更重要的是研发更敏捷的电子报警和智能化系统，提高制动器的实用性与寿命。
2 制动器的结构与设计原则
2.1 汽车盘式制动器
图2.2 捷达捷达前轮盘式制动器
1——支架 2——制动钳壳体 3——活塞防尘罩 4——活塞密封圈 5——螺栓
6——导套 7——导向销防尘罩 8——活塞 9——止动弹黄 10——放气螺栓
11——外侧摩擦块 12——内侧摩擦块 13——制动盘
2.3 制动器设计的主要要求
HI、HH、LL型结构都比较复杂，所以本次设计不考虑。综上，X型的布置方案适用于本次设计。
3 制动器设计
3.1 基本参数的选择
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