轿车后轮盘式制动器设计(6)

第四章 制动器的设计

4.1 盘式制动器主要参数的确定

（1）制动盘直径D

制动盘直径D应尽量选择数值较大的数，这样可以将制动盘的有效半径扩大，同时也将减弱制动钳所产生的制动力，降低摩擦衬块的工作温度和工作压力，但是由于存在轮辋尺寸的相应要求，制动盘直径一般选取轮辋70％～79％为宜，需要注意当整车质量超过两吨是计算应取最大值。

此次设计过程中：D?76%Dr?76%*16*25.4?308.864mm 取D=310mm

（2）制动盘厚度h

制动盘厚度h对制动盘整体重量和工作温升有很大影响与限制。为了设计轻量化，制动盘厚度又不宜过大，但由于尺寸问题厚度又应该取大些。制动盘一般制成实心的，但是为了散热好，也可在制动盘的工作表面之间铸出通风孔。一般情况下，实心刹车碟片的厚度大约范围在10mm-20mm；通风盘式制动盘的工作表面之间的尺寸，即制动盘的厚度取为20mm-50mm,采用20mm-30mm较为广泛。

在本设计中：后制动盘采用实心盘，取厚度h=15mm （3）摩擦衬块内半径R1与外半径R2

建议摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5.一旦二者比值偏大，工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差将会变得较大，导致部分局部位置磨损严重，接触面积缩小，最终将造成制动力矩波动频繁。此次设计过程中：取R1=118mm,

R2=155mm

（4）摩擦衬块的工作面积A

22一般摩擦衬块的单位面积占有汽车质量在1.6kg/cm?3.5kg/cm区间内进

行选取，如今考虑摩擦材料的更新换代性能不断改良，该范围可以略微扩大些。鉴于这种类型的汽车在设计时多采用的是半金属摩擦材料，该摩擦材料的摩擦系数要明显优于石棉材料。此次设计制动器衬块的工作面积初步确定为70 cm2。

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4.2 摩擦衬块的磨损特性计算

制动器摩擦衬片的磨损，与其摩擦副的制造材料、工作期间温度变化、摩擦副加工表面粗糙度、制动压力大小以及相对滑磨速度快慢等多种因素有关。不过试验表明，摩擦表面的摩擦系数、工作温度、制动时的压力与制动器表面加工情况等是影响制动器衬片磨损的重要因素。

汽车在制动过程中是将动能绝大部分变为热量并不断耗尽的过程。在制动强度巨大的紧急制动特殊情况下，制动器几乎承载将汽车动力转换为热量并快速消耗的使命。如果短时间内制动造成的大量热能不能及时传导到空气中并被消耗掉，这样会导致制动器的温度不断升高。这就我们常说的制动器的能量负荷。负荷增加，则衬片(衬块)工作强度就会越大这样磨损就会越加严重。

4.2.1比能量耗散率

制动器的能量负荷高低常以其比能量耗散率作为评定标准。比能量耗散率又称为单位能量负荷，是单位面积的摩擦材料在一定时间内消耗的能量的体现，其单位为W/mm2。

一般轿车的单独一个前轮制动器和单独后轮制动器的比能量耗散率分别为

?1?mav12?v22e1?*???22tA1 ? （4.1） 22?e2?1*?mav1?v2(1??)?22tA2?????t?v1?v2 jma——汽车总质量；

v1，v2——汽车制动初速度与末速度m/s；计算轿车取v1?100km/h?27.8m/s

t——制动时间s；

A1,A2——前、后制动器摩擦材料的摩擦面积（A2?642.50cm2）；

?——汽车回转质量换算系数；

j——制动减速度，m/s2，计算时取j=0.6g；

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?——制动力分配系数。

当急刹车也就是v2?0时，并可近似地认为??1，则有

1mav12(1??) （4.2） e2?22tA2把个参数值代入上式得

t?v1?v2?4.728s j1mav1211895?27.82e2?(1??)??(1?0.69)?0.75W/mm2

22tA222?4.728?320?100 比能量耗散率一旦过高则会造成衬片（衬块）的急剧磨损，甚至比能量耗散率还有可能在一定概率下会导致制动鼓或制动盘的龟裂效应。因此推荐取减速度j=0.6g，制动初速度v1：轿车采用100km/h，鼓式制动器的比能量耗散率以不高于1.8W/mm2为宜。取同样的v1和j时，轿车的盘式制动器的比能量耗散率建议不大于6.0W/mm2较为适宜。式中t为100Km/h速度下的所需要的刹车时间，其值为4.728s。A1、A2为前后制动器摩擦衬片的面积。?=0.69，求得

e2?0.75W/mm2，符合要求。

4.2.2 比滑磨功

衬片磨损和产生热量的相应技术指标也依靠在制动过程中制动器衬块由最高制动速度到完全停止时单位衬块面积上所产生的滑磨功，即比滑磨功Lf来体现：

mava2max??Lf? （4.3） Lf? 2A?式中：ma——汽车总质量，kg； vama——汽车最高制动车速，m/s x A?——车辆各制动器的摩擦衬块材料的摩擦面积之和，cm2

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22???LL?1000J/cm?1500J/cm ?——设计允许用比滑磨功，对轿车取 ?f??f?1895*27.82可求得： Lf??1018J/cm2因为1018在规定范围内，满足要求。

2X7204.3盘式制动器制动力矩的计算

图 4.1盘式制动器的计算用图

盘式制动器的计算如图 4.1所示，若摩擦衬块与制动盘接触情况较好，同时所有工作接触位置的压力相对平均进行分配，则盘式制动器的制动力矩为 Tf?2fNR （4.4） 式中：f——摩擦系数，取值0.33；

N——一侧制动块对制动盘的压紧力 R——作用半径，取为133mm。

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图 4.2 钳盘式制动器的作用半径示意图

一般的设计采用扇形摩擦衬块，因为其径向尺寸相对较小，取R平均半径Rm或有效半径Re足以保证设计严谨性。如图 4.2所示，平均半径为 Rm?R1?R2118?155??137mm （4.8） 22式中：R1，R2——扇形摩擦衬块的内半径和外半径。（R1?118mm；R2?155mm）

根据图 5-7，在随便哪一个单元面积RdRd?上的摩擦力对盘心的形成相应力矩是fqR2dRd?，式中q为衬块与刹车碟片之间单位工作面上所产生的力，则一边的制动块作用于刹车碟片上的制动力矩为

?R2T123???fqR2dRd??fq(R2?R13)? ??R123单侧时 fN??得有效半径为

???R1?R22fqRdRd??fq(R2?R12)?

3?R134R1R2R1?R22R2Re???2?[1?]() 222fN3R2?R13(R1?R2)2Tf令

R14m]Rm=138mm ?m，则有：Re?[1?3(1?m)2R227