1.6L乘用车制动系统设计摘 要作为行车安全的保障，制动系统是至关重要的。本设计主要进行了1.6L乘用车制动系统结构的分析与相关设计。首先对
制动系统各个结构进行分析与选择，包括制动器形式的分析与选择、液压分路系统的形式分析与选择以及操纵机构的分析与选择。最终确定采用真空
助力与液压主缸装配的双回路前通风浮钳式盘式制动器及后浮钳式盘式制动器的结构形式。再通过对盘式制动器、制动器制动缸、制动操纵系统中的
液压主缸、真空助力器、感载比例阀进行分析、设计计算，并用画出制动系统的二维图，包括制动器装配图、真空助力器与液压主缸装配图、感载比
例阀装配图及各个零件图以及软件绘出部分三维装配图，从而完成本次设计。关键词：盘式制动器，液压主缸，真空助力器，感载比例阀目 录前
言1制动系统设计的意义1制动系统在国内外的发展趋势1本次制动系统设计的任务2第1章 制动系统各结构的分析与选择31.1 制动器形式
方案分析与选择31.1.1 鼓式制动器31.1.2 盘式制动器71.2 液压分路系统的形式分析与选择101.3 制动操纵机构的分析
与选择111.3.1 液压制动主缸的选择与工作原理111.3.2 真空助力器的工作原理121.3.3 感载比例阀的工作原理14第2
章 制动系统的设计计算152.1 整车参数的确定152.2 盘式制动器的设计162.3 制动系统主要参数的计算182.3.1 同步
附着系数的分析182.3.2 前后制动力矩分配系数202.3.3 制动因数的计算202.3.4 制动距离的计算212.3.5 制动
力的计算212.3.6 最大制动力矩的计算222.3.7 紧急制动以及驻车制动时所需制动力矩的计算232.4 摩擦衬块磨损特性的校
核24第3章 液压制动机构及真空助力器的设计计算263.1 制动轮缸直径的设计263.2 制动主缸直径的设计263.3 真空助力器
的设计273.3.1 助力比的设计273.3.2 伺服膜片直径的设计28第4章 基于绘图软件及各零部件的设计294.1 AutoC
AD及Pro/Engineer的介绍294.2 盘式制动器部分设计及体现294.2.1 制动盘的材料选择及结构294.2.2 制动
钳的材料选择及结构304.2.3 制动块的材料选择及结构314.2.4 摩擦材料的选择32第5章 传动轴寿命的校核345.1 选择
相应的参数345.2 传动轴的计算及强度校核345.2.1 临界速度的计算345.2.2 确定传动轴内外径345.2.3 传动轴的
扭曲强度校核35结 论36前 言制动系统设计的意义汽车的制动系统在整个汽车系统发挥着重要的作用，从汽车发明的那一刻起一直保证着车辆
的安全。随着大众生活的提高，及汽车生产工艺的提升和行驶速度的加快，以及乘用车的普及率，汽车制动系统作为安全保障的使命越来越明显。汽
车制动系统的作用是使得正在行驶中的汽车减速甚至停止，还使得下坡行驶的汽车车速保持相对稳定以及使已行驶的汽车在原地（包括在斜坡上）驻
留的机构，如果汽车制动系统发生安全隐患，那么交通事故发生时对车上人员不可避免的会构成威胁，甚至出现生命危机。汽车的交通事与汽车的制
动距离太长、紧急制动时发生侧滑等有关，作为汽车安全的保证，制动系统当仁不让。所以分析汽车制动系统具有极其重要的意义，尤其对于我们车
辆工程毕业的学生，意义非凡。制动系统在国内外的发展趋势国内外制动系统的研究都是朝现代汽车的发展看齐。现代汽车制动系统是汽车向电控的
方向发展的。较早的制动系统只是机械式的发展，而液压系统的出现逐渐出现了机械液压式制动系统，如今电控系统的应用越来越多，我相信不久之
后电控系统将取代液压系统，成为制动系统的主流。同时，国际和国内各种法律法规，以及新型技术人才的出现，结合电控设备将会出现无人驾驶等
新型汽车，使汽车也迈向智能时代。但它的发展受到制约，尤其是汽车工艺链和投资者的远见以及期望，这种技术是否会引起他们的投资，因此发展
较慢。但不久的将来新车型将配备新的制动技术将应用于汽车的大规模生产不再是一个假设。本次设计研究的基本内容1）1.6L乘用车前后车轮
制动系统的选择；2）设计计算制动器的结构参数对其进行校核计算；3）选择并设计制动操纵系统；4）绘制总装图及各个零部件图。本次制动系
统设计的任务根据整车参数对本次设计的制动系统主要部件制动器进行设计计算，并且选择合适的制动操纵系统；绘制制动系统相关的CAD图纸，
包括制动器的装配图及制动操纵系统的装配图，并绘制各个零件图；学习并运用三维软件，绘制相关的部分三维图形；4）通过此次设计，掌握查阅
资料、拟定方案、绘制图纸的能力。第1章 制动系统各结构的分析与选择1.1 制动器形式方案分析与选择机械摩擦式制动器在各种车辆的制动
器中被普遍使用，它的工作原理是制动力矩的摩擦转动件和固定件之间形成工况使汽车减速甚至停止。总体情况下，摩擦式制动器分为鼓式制动器和
盘式制动器两种类型，是以其旋转元件的形状来进行区分。1.1.1 鼓式制动器在盘式制动器尚未出现之前，鼓式制动器是最早的汽车制动器。
它在范围广泛的各种类型的车辆中的应用。鼓式制动器在目前的应用之内可分为内张型鼓式制动器以及外束型鼓式制动器两种类型。内张鼓式制动器
摩擦元件是一个圆弧形摩擦蹄片制动蹄对，这是安装在制动板，制动板固定在前梁上的轴或轴半轴套管的法兰上，摩擦元件的旋转的制动鼓。我们所
称的鼓式制动器在结构上指的是内张型鼓式制动器，鼓式制动器的分类按照蹄的类型区别分为：1. 领从蹄式制动器从图1-1中可以看出，蹄1
为领蹄，蹄2为从蹄。当制动鼓正向和反向旋转将领蹄、从鼓式制动蹄称为领蹄式制动器的内张型制动器。领蹄的蹄更紧密的摩擦，所以摩擦力矩具
有动量效应，因此也称为蹄的增长势头；从蹄的蹄的摩擦已经远远超出制动鼓的控制，使得摩擦力矩大大降低其潜在的功能，因此，它还被叫做降低
潜在的蹄。然而，增势的蹄增加反应力生长的影响，并减少可能遭受的方法是减少蹄的法向力作用。由于领从蹄制动效率和稳定性，使得它处在中等
水平，但由于汽车正向及反向制动性能不发生变化，因此，它具有结构简单，成本低的优点，但也容易装停车制动机构，使其结构仍被广泛用于中、
重型货车的前、后制动器和轿车后轮制动。图1-1 领从蹄式制动器2. 双领蹄式制动器从图1-2中可以看出，在汽车制动蹄做制动作用时，
两个制动蹄都是领蹄的一种结构，这种形式的制动器就是双领蹄式制动器。这是一种在汽车倒车的时候制动器的两制动蹄又可以当做从蹄使用的制动
器。其用一个单活塞制动轮缸驱动两个制动蹄、两套制动蹄、制动轮缸等配件，制动板对称安装在制动盘的中心。因此，与制动鼓作用力相互平衡，
属于平板上作用的制动工况。双领蹄式制动器具有机高的制动效率，但需要在倒车时改为双从蹄式，使得制动效率下降。这是因为汽车前进制动时，
前轴和后轴轴重大于附着力，倒车是相反的。图1-2 双领从蹄式制动器3. 双向双领蹄式制动器从图1-3可以看出，制动鼓作用工况为正向
和反向旋转，并且两个系统统一为领蹄式制动器叫做双领蹄式制动器。由于双向双领蹄式制动器的汽车正向和反向制动性能不变。因此它被广泛地应
用在前轮和后轮，轻型卡车和汽车零部件，但是使用后刹车，你需要建立一个中央制动器的驻车制动。图1-3 双向双领蹄式制动器 4. 单向
增力式制动器从图1-4可以看出，单向增力式制动器在连接杆的顶部显示，第二制动蹄支承在制动的上端在地板上由支撑销支撑，由于制动蹄反力
不能相互平衡。制动时单向增力式制动器制动效能是非常高的，而且高于前面论述的制动，但在倒车制动中，制动性能是最低的。因此，它是用于少
量的轻、中型卡车和汽车的前轮制动器。图1-4 单向增力式制动器5. 双向增力式制动器从图1-5可以看出，单项增力式制动器单活塞制动
轮缸用作双活塞制动轮缸，它的支撑销的上部为双蹄，共同称为双项增力式。不论汽车正向或反向制动，都是增力式制动器。大型的车辆行驶速度较
高，因此用到双项增力式制动器的大型车辆多一些，可以多的承受制动时所产生的力，保证制动工况，也能使驻车时稳定实施。汽车在进行制动时，
需要液压轮缸产生的液压力来完成制动工况。驻车时需要驾驶员拉动停车控制手柄，而这个结构是由一段钢丝绳与操纵机构相连，形成了驻车系统。
使用这种制动器无论前行还是倒车它的制动效率都很高，如果不是紧急制动也不会有大量的热能被释放，热衰退并不明显。汽车的排水和制动行程受
到制动器结构等因素的影响，而这一种结构使得制动效率变低。所以，这一种制动器在汽车中的使用慢慢的被盘式制动器所占据。虽然它不是主流的
汽车制动器，但是它的造价极低，如果要生产一款车，主要考虑到它的经济能力的话，这种制动器也不失为一种极为可行的制动器。但是这种车辆要
求制动负荷小，并且多用于后轮。图1-5 双向增力式制动器1.1.2 盘式制动器盘式制动器通常分为钳盘式和全盘式两大类，其分类是按照
摩擦副中用以定位的原件的差异来体现它们结构的不同。1. 钳盘式由于制动钳结构的差异钳盘式制动器可分为浮钳盘式制动器、定钳盘式制动器
等，下面对他们的结构及差异进行介绍。定钳盘式制动器：从图1-6可以看出它的制动钳与车的车桥安装在一起。所以它不能移动和旋转。它的缺
点较为突出：液压缸太多，结构变的复杂；热量负荷较大；不能纯粹的单一的用作驻车制动，要拥有这种功能还要安装机械促动装置。图1-6定钳
盘式制动器浮钳盘式制动器：由于定钳式不被现代车辆所普遍使用，所以出现优于它的浮钳式。从图1-7可以看出，其可以相对盘滑动或者进行移
动。它优点较为突出：安装液压缸时不需要经过制动盘的油路，尺寸较小；最主要的是可以单独纯粹的作为驻车制动；其生产工艺及成本也相对较低
，被现代轿车所普遍接受。图1-7浮钳盘式制动器2. 全盘式之所以称作全盘是因为它和离合器的原理差不多，而他的作用件以及固定件都是盘
形，形状为圆形。这种制动器散热并不理想，所以它并没有钳盘式制动器使用普遍。但是它与鼓式制动器相比较，优点还是比较突出的：（1）受到
的影响不大，使得制动效能稳定性好；（2）制动时制动器内进水使得制动能力不突出，但这种现象会在几次制动后就可正常使用；（3）和相同力
矩输出的制动器相比质量和尺型小；（4）安装时占据的体积小；（5）圆盘的结构直接影响着制动衬块的作用面，它能够使衬块受力均匀，加强衬
块寿命，减短更换时间；（6）因为其结构的原因，使得更换换衬块的工作变的简单。（7）易于实现间隙自动调整。所以，由以上结构选择得出，
本次设计采用前后车轮都为浮钳盘式制动器，前轮采用通风盘，后轮采用非通风盘。1.2 液压分路系统的形式分析与选择为了实现制动时制动系
统的稳定和实用，需要分路系统的作用达到其目的。全车所有的制动液压或气动管道分为两个或两个以上的独立回路，一回路失效后，仍然可以使用
其他完整的回路起到制动效果。从图1-8可以看出，1.6L乘用车的双回路制动系统可分为以下常见的分路形式：图1-8 液压分路系统形式
一轴对一轴（II）型，汽车的前轴与后桥的制动器分别用一个回路。交叉型（X），汽车前轴的一个车轮制动器与后桥的对策车轮制动器共用一个
回路。一周半对半轴（HI）型，汽车的两个后制动器轮缸和前制动器的板书轮缸共处在同一个回路里，剩下的那一个前轮缸属于另外一个回路。半
轴一轮对半轴一轮（LL)型，汽车的两个回路有一个对一个后轮制动器起作用，而另一个对前轮制动器的半数轮缸和起到作用。双半轴对双半轴（
HH）型，汽车的每一个回路只对每个前、后制动器的半数轮缸起到作用。II型管道布置简单，其工艺生产较为容易，需要的成本也比较低。应用
在在各种类型的车辆之中，特别是商用车的使用最广泛。在这种形式下，如果制动电路出现故障，很容易失锁，一旦前轮转弯制动能力。对于前轮驱
动和前制动强客车制动后，电流回路制动失效。此时单后桥制动，制动力将严重不足（低于正常情况下的一半），如果轴荷载小于前轴负荷，踏板力
容易使后桥车轮抱死，车辆侧滑。X型的结构也很简单。当某一个制动作用无效时，其余的总制动力可以维持在一半。然而，一旦被损坏因为力不对
称造成一定的影响，此时前轮会走向绕主销转动的制动器的主要方面，使汽车失去稳定。所以，X型结构用在主销偏移值为负值（达20mm)的汽
车之上。此时，因为制动力的不平衡，使车轮发生了反转，从而加强了汽车的行驶稳定性。HI、HH、LL型回路在结构相对比较复杂。LL型和
HH型回路当任一回路故障是无效的，制动力的比例几乎是相同的，正常情况下。剩余的总的制动力可达到正常值的一半。HI型用了一个半轴回路
残余制动力大，在紧急制动时后轮的情况下往往是抱死现象。结合以上各管路的分析，本次设计选择X型管路。1.3 制动操纵机构的分析与选择
1.3.1 液压制动主缸的选择与工作原理在相关的要求下，为了保证汽车行驶的稳定，当前汽车的行车制动系统采用双回路制动系统。选择其制
动主缸为双缸型。而单缸制动主缸已被淘汰。油液在储油室中被分配至各自所要作用油路的阀中。在主缸前后腔产生的压力油分别传送到前、后轮制
动轮缸由各自的油阀和各自的管道起的作用。当主缸不工作，活塞头和工作室内皮碗在前面和后面的内孔腔和补偿孔。发生制动作用时，其踏板传动
的机构通过真空助力系统的助力，然后推杆推动后缸活塞前移，当到皮碗掩盖住旁通孔以后，此腔液压升高。在这种情况下要发生制动工况要使得前
缸的活塞在后腔液压以及弹簧力的双力的促使下发生向前的位移，而前腔压力也随着活塞的前移升高。当驾驶员不断踩下制动的踏板时，制动缸腔内
的液压随着它的变化而变高，汽车制动器达到制动目的。制动作用消失时，制动踏板机构、主缸和活塞室以及活塞回位弹簧，达到各自需要的工况后
，制动液流入管道的压力阀进入主缸，因此完成接触式制动。驾驶员快速松开制动踏板时，油不能回到由于管道的粘度和阻力影响的主缸。由于活塞
右移，腾出空间，所以在旁通孔打开，压力油腔产生一定的真空度。这一次进入液压压力大于油腔的油压，使得油腔的油从差距的气缸以及前后缸活
塞密封皮碗为各自的压力油腔边缘进行填补真空。同时，在储层中的油液进入油室通过补偿孔。直到活塞完成置换后，旁通孔被打开，通过制动管路
流回主缸和多余的油可以旁通孔流回储液室在前缸和气缸。造成制动液泄漏密封膨胀或收缩的液压系统，由于在制动液温度的变化引起的，可以通过
补偿孔和旁通孔补偿得到补偿。当制动线路前腔损耗时，驾驶员只能在后室建立液压回路制动踏板踩下时，没有压力在前腔。在压力的作用下，活塞
腔迅速移动到活塞的前端的筒作用在上主缸。之后，中的液压油缸工作腔可以筹集到所需的制动时间体现其价值。在行车过程中发生连接制动管路的
破损或者油液的泄漏，当发生制动作用时，作用力使得油缸活塞向前，但不推动前缸活塞发生位移，基于这样使得工作腔不能建立液压缸。但在后缸
活塞直接到前缸活塞顶部时，活塞前进，在气缸工作腔建立必要的液压制动。综上可得，此次设计的液压主缸为双回路液压系统，它的使用大大增加
了制动油路的可靠性，因为当一路失效时，它的结构即其他腔也可以实现制动作用。这种情况下只需要驾驶者加大踏板行程。这一设计的使用大大提
高了汽车制动性能和工作的安全可靠性。1.3.2 真空助力器的工作原理真空助力器安装于车身前围板，伺服室连接通道、控制阀腔和腔中的下
通道，并从大气层中分离。当发动机开始工作，真空止回阀被吸开，两室伺服气室有一定的真空度。汽车发生制动时的工作流程为：驾驶员踩下制动
踏板，使其发生位移，但这个时候伺服气室并未发生任何工作状况，膜片座是固定的，驾驶员所发出的力推动了真空助力器的推杆和控制阀的柱塞，
使得它们发生位移，处于固定的膜片座的前方。力推动柱塞使它刚好和橡胶板接触，这个时候驾驶员作用的踏板力由反作用盘作用给了液压主缸的推
杆，实现下一个工况。反作用盘装在一个密闭的空间内由控制阀柱塞、膜片座和制动主缸推杆所形成的，它的材料是橡胶。由于橡胶是具有一定的延
展性，体积不可被压缩，液体可以自然的进行力的传导，所以反作用盘驱动后，推杆从反应轮力大于活塞的反应板上施加的力，但推杆的行程小于柱
塞。在这一点上，对制动液以特定的力进入主缸。同时，阀门也随着控制阀柱塞向前在弹簧的作用下，直到在真空阀座接触膜片座，让后同上腔伺服
气室腔，也同样到目前为止真空源分离。此时，柱塞在推杆的带动下发生连续位移，目的是让后面的大气阀座与阀门有空间。于是，外界空气即经过
滤环、控制阀腔与通道充入伺服气室后腔，从而使其腔内的压力升高、真空度从而降低。在这个过程中，膜片与阀座也不断向前推进，直到与气门座
、气门重新接触达到平衡。这样，不论哪一种的稳定状况，伺服气室后腔中的稳定真空度与该伺服气室所有的踏板行程成增势，这种液体的特性反映
控制阀所拥有的随动性。该伺服气室的双室真空度之间的差异是由压力与弹簧之间的差异引起的，其余的都是在反作用盘上的。因此，对膜片座的推
动制动主缸的力是与柱塞和活塞施加的力总成。也就是说，驾驶员需要用脚踩踏产生作用力作用于助力器后推动控制阀，力的作用足以使制动主缸产
生一定的压力，可以相互抵消和伺服气室力使之成正比，经过反复盘上的力反馈后这样，司机可以感受到伺服室力通过踏板力的大小，即司机有一定
的踏板感觉。1.3.3 感载比例阀的工作原理由壳体和轴两者间的行程变化使感载比例阀（外力）来改变弹簧的预紧力，并根据车辆的负载的增
加，进行变化，以便它可以得到任何负载条件下的所需要的制动力。它安装在制动主缸和后刹车泵之间的管道，从弹簧、活塞、阀壳等等。当外壳的
进油孔与制动总泵孔连通时，油孔与制动缸的车轮制动泵相通。当外力作用小时，会使得柱塞被弹簧的力作用到最右边，从而两孔相互作用，使两孔
连通总泵和泵的压力是相等的。当外力大于弹簧的预紧力，使得活塞左移，使柱塞阀接触关闭阀门，然后阻止其通向分泵；如果外力的压力继续增加
，柱塞右移，柱塞与阀门脱离接触，阀门已打开，泵和分泵连通。这一比例阀不间断的动作使液压泵不断的调整后，还不断调整后轮制动力。第2章
制动系统的设计计算2.1 整车参数的确定本次设计任务是1.6L乘用车制动系统的设计，采用105马力L4前置前驱EA111的乘用车
。其各个参数如表2-1所示：表2-1整车参数编号名称表示符号数值单位备注1整备质量 1340 满载质量2 轴距 26513空载时
质心高度 800 满载4最高车速 180 5空载时质心至前轴的距离 1590.6 60%满载时54%6空载时质心至后轴的距离
1060.4 40%满载时46%7空载时前轴负荷 7879.2 60%满载时54%8空载时后轴负荷 5252.8 40%满载时
46%此外还有该车最大转矩，最大转矩时所具有的转速；最大功率，最大功率时的转速。车轮有效半径：给定的轮胎参数为：205/55 R1
4，则轮辋直径为356mm。所以=178mm。2.2 盘式制动器的设计1. 制动盘直径选择恰当的制动盘尺寸可以使制动钳工作时所受到
的作用力更小一些，延长其使用寿命，通常我们会把尺寸选的大一些。因为车辆本身结构以及质量的差异，它们轮胎的大小也不尽一致，所以影响到
了它们制动盘尺寸的选择，通常为轮辋的。汽车的质量越大取的值越大。本次设计的是1.6L乘用车，满载时的总质量，我对该制动器的制动盘的
直径选择是轮辋直径的72%，选定的轮胎参数为：205/55 R14，因此轮辋的直径为14英尺=356mm。本次设计选用制动盘的直径
D为轮辋直径的百分之72%，那么，制动盘直径：mm（2-1）2. 制动盘厚度的选择考虑到制动过程会产生大量热量，制动盘的质量以及厚
度选择就显得至关重要。因为材料不变的原因，制动盘做的越薄，它的质量就越轻。但考虑到散热的原因，制动盘不能做的过薄。生活中我们看到的
乘用车都将盘做成一体实心，为了使散热达到极致，设计者们从制动盘的本身进行设计，将盘做成两个并由孔槽先连的通风型盘。实心的制动盘相对
于通风的要薄许多，因为其散热性不太好。也有在实心制动盘上加通风孔的，作用也是为了散热。非通风制动盘的厚度可取为，通风式制动盘的厚度
取为，一般采用较多的是。如果发生紧急情况，制动盘迅速高速工作，由于高温形成变形、振动。为了提高制动盘的热性能，最重要的是通风制动盘
和制动盘的中间室，使得工作的盘的温升减小。我们此次使用的是通风式的，为它的厚度 。3. 摩擦衬块内半径和外半径摩擦衬块（如图2-1
所示）是活塞在液压力的作用下与盘接触的部分。摩擦衬块由摩擦材料的底板合在一起构成。摩擦衬块外半径外半径与内半径的比值不大于1.5。
如果比值大于1.5，制动时受磨损的面积分布不均，作用面积减小，使得力矩浮动较大。在设计中得直径为，所以摩擦块，使得，而。图2-1
摩擦衬块4 摩擦衬块工作面积其工作面积，根据制动衬块单位面积占有汽车质量在范围内。单个前轮摩擦块： （2-2） 则单个前轮制动器=
276；单个后轮摩擦块 （2-3） 则单个后轮制动器=184，能够满足β的要求。5 .摩擦衬块摩擦系数f摩擦片材料的理想选择是系数
大，对热量的感应其变化波动不大，以及对压力的变化不受到大的浮动。不能极致的向往系数很大的材料，这是设计中的误区，设计者应当考虑到使
系数值保持恒定平稳的状态。对制动器材料的要求是让摩擦系数稳定在 ，有一部分达到。通常，选取的材料所取的系数大，意味着耐磨性不好。因
此选取摩擦片材料不一定越高越好，常言道，物极必反。目前我国所制造使用的摩擦材料保持摩擦系数已无大问题。最重要的是，在选择材料时应当
有一定的环境保护意识，选择污染小、对环境以及人类健康无影响。所选择摩擦系数。总结得到参数表如表2-2所示：表2-2制动器的参数名
称制动盘外（mm）工作半径 （mm）制动盘厚度（mm）摩擦衬块厚度（mm）摩擦面积（cm2）前轮 256 12720 10 13
8后轮 256 1271510 922.3制动系统主要参数的计算2.3.1同步附着系数的分析利用线与曲线的配合，如图2-2所示：图
2-2汽车制动过程的分析当时：线在的上部，制动时前轮先抱死，汽车发生侧面滑动。 2. 当时：线在的下部，制动时后轮先抱死，汽车不能
够进行转向。 3. 当时：线与相交，制动时前轮和后轮同时抱死，汽车不能够进行转向。作为设计者，为了避免汽车在某一个工况下不能够转向
或者侧面滑动，因此在发生抱死与没抱死的瞬间产生的一个制动所需要的使得速度降下来的一个值，我们称为最大减速度。分析表明，汽车在同步系
数的路面进行制动时，其制动减速度为，即，为制动强度。但其他的路面上制动时，将要抱死时，这说明要尽可能的利用地面附着条件只在的路面上
才能达到。一些文献建议，普通乘用车取。因此设计1.6L乘用车时取。2.3.2 前后制动力矩分配系数此课题1.6L乘用车前后制动器制
动力设为定值。一般用前制动力比总制动力，将比值叫做分配系数。上面设计已经确定，所以可由下方公式： （2-4） 得出： （2-5）
2.3.3 制动因数的计算制动器因数也叫做效能因数，表示制动效率，用表示。可以看做力或力矩，是在制动系统的压力或力的作用下，输出是
用来比较不同结构类型的制动性能。制动器的因数的计算如下，即： （2-6） —摩擦力； —输入力，一般取加于两制动块的压紧力； —制
动盘的作用半径。 因为本次设计对此乘用车制动器选用的是浮动钳盘式制动器，如果制动盘两面的力都设为，所以其工作半径上所受到的摩擦力
就为，那么它的制动器因数为： （2-7）—制动盘制动衬块作用的摩擦系数，。它的前轮制动器的制动因数为： （2-8）2.3.4 制
动距离的计算制动距离是制动效能的一个重要指标，即 （2-9） —制动初速度（），在这里取=80。则该车的制动距离为： （2-10
）2.3.5 制动力的计算衬块作为扇形的它的径宽不大的时候，将R等作平均半径或者有效半径。平均半径为： （2-11）是扇形表面的中
心到制动盘中心的距离，如下式： （2-12）式中，。（上式依据离合器的设计）当，，因此，越小，他们之间的差就越大。我们知道，如果过
小，也就是扇形径宽变大，衬块面积的磨损也就相应加快，受到的作用力也不均匀。取值一般不应小于。我们让衬块的面积与制动盘全盘接触，并让
整体的压力平均分布，因此可以得到的力矩是： （2-14） —摩擦因数；—单面的制动块作用于盘的压紧力；—作用半径。对于前制动
器： 所以， （2-15）对于后制动器 所以， （2-16）2.3.6 最大制动力矩的计算最大制动力矩表示的是在汽车行驶时在地面
上所附加的所有的重力被全部转化的力矩，制动力与车轮的法向力、成相互增长的关系。对于由于路面条件恶劣，汽车行驶变慢，因此来选择值小的
汽车，使得能在道路良好的时候实现稳定工况，因而前、后制动器所能提供的最大制动力矩为： （2-17） （2-18）对于由于路面条件较
好、行驶平坦，汽车的行驶速度快，因此来选择值大的汽车，使得能在道路良好的时候实现稳定工况，而制动强度，因而前、后轴所能提供的最大制
动力矩为： （2-19） （2-20） —汽车行驶的最大的附着系数。而本次设计1.6L乘用车，它的路面行驶条件多为良好，因此符合
第二种情况，取。因此单个的制动器创造的最大制动力以及最大制动力矩为： （2-21）2.3.7 紧急制动以及驻车制动时所需制动力矩
的计算1. 紧急制动出现紧急制动的情况时，后轮先抱出现车辆滑移，所以后桥制动力为： （2-22） 此时所需的后桥制动力
矩为：当后轮制动器做紧急制动时，它单侧制动器的制动力矩为： re/2=651591.1 （2-23）2. 驻车制动汽车在上坡路段驻
车的后桥的附着力是： （2-24） 汽车在下坡路段驻车的后桥的附着力是： （2-25） 由于后桥的附着力与制动力矩相同可以得到汽车
驻车的极限上坡路倾角： （2-26） 所以： （2-27）汽车驻车的极限上坡路倾角使得汽车稳定行驶。由此我们也可以得出汽车需
要驻车的极限下坡路倾角： （2-28）制动器的安装是在力源所允许的条件下，得出后桥上驻车制动力矩趋于所得出极限值： （2-29
）并符合下坡驻车的坡度大于法规的规定值。2.4 摩擦衬块磨损特性的校核在理论上计算磨损特性十分困难，因为其磨损受到内部自身材料及外
部环境条件的影响较大。通过实例可以看出，温度和摩擦时的力会使得磨损受到影响。制动过程是热耗以及机械过程的体现。当出现紧急制动从而制
动力加大强度加强，制动器所承受的能耗大大增加。由于这个过程在瞬间实现的，高温还没来得及散去就传递给了制动器，因此制动器加载了大量的
热量。出现了制动器的能量负荷。而这种能负越大对衬块的磨损就越厉害。而盘式的能负比鼓式大的多，因此制动盘上的温度比制动鼓上的高出许多
。 由于车辆不尽相同，无论从它们的质量还是制动时的衬块。所以，用一个特定的指标来衡量一种能量的消耗是很有必要的。我们定义在一个特定
面积下某一时所需要的能量。计算单位为W/mm2。比能量耗散率还被称作单位功负荷，也可以简称能量负荷。本次设计的乘用车前后单个制动器
的比能量耗散率分别为： （2-30） （2-31） （2-32）—汽车总质量；—汽车回转质量系数；、—制动初速度和终速度
（）；—制动减速度()；—制动时间()；—前、后制动衬块的摩擦面积()；—制动力分配系数。出现紧急制动而停车的情况时，，我们认为，
所以 （2-33） （2-34） 乘用车的盘式制动器在和的条件之下，比能量耗散率要小于。t=27.8/6=4.63(s)前轮
衬块的摩擦特性： （2-35）后轮衬块的摩擦特性： （2-36）由上面计算可以得出在相应的范围之内摩擦衬块的磨损是符合技术要求
的。第3章 液压制动机构及真空助力器的设计计算 3.1 制动轮缸直径的设计制动轮缸对制动块施加的张力与轮缸直径和制动管路压力的关系
为 （3-1） 制动管路压力一般不超过1012。取。 （3-2）轮缸直径应符合标准规定的尺寸（），具体为、、、、、、、、、、、
、。因此参考计算结果取前轮制动轮缸直径为。根据前轮的计算，后轮制动轮缸直径： （3-3）因此取后轮制动轮缸直径为。3.2 制动主
缸直径的设计 第个轮缸的工作容积为： （3-4） 上式中，为第个轮缸活塞的直径；为轮缸中活塞的数目；为第个轮缸活塞在完全制动时
的行程，设计盘式制动器时可取。此处取。所以单一的前轮轮缸的工作容积为： （3-5）一个后轮轮缸的工作容积为： （3-6）所有总
的轮缸工作容积为，式中，为轮缸数目。制动主缸应有的工作容积为，式中为制动软管受到力变化容积。设计时，制动主缸的工作容积可为：对于乘
用车；对于商用车。此处取。 （3-7） （3-8） 主缸活塞行程以及活塞的直径为 （3-9）一般=（0.8～1.2
）。此处取=。所以： （3-10） （3-11）缸的直径应符合中规定的尺寸系列，具体为、、、、、、、。所以取得。3.3
真空助力器的设计设计真空助力器的需要的参数主要是：助力比的确定以及伺服膜片直径的确定。3.3.1 助力比的设计制动真空助力器的助
力比的定义指助力器的输出与输入之比。制动真空助力器的助力比与杠杆的比值、制动系统的踏板力、制动主缸直径。制动所需最大液压之间存在下
列关系： （3-12）—最大压力（）；—踏板力（）；—踏板杠杆；Ir—助力比；—制动主缸直径（）；—助力器效率（0.95）；—制
动主缸效率（）；其中踏板力推荐值。当采用真空助力器时，按照下面所给进行计算：轿车200—250（）；货车300—350（）；最大（
）；本次设计取最大液压；；；。所以助力比可用以下公式计算： （3-13）3.3.2 伺服膜片直径的设计助力器的伺服膜片直径与使用的
真空度、踏板力、助力比之间关系： （3-14）—伺服膜片直径（）；—使用的真空度（）；取。伺服膜片的直径为： （3-15）第4
章 基于绘图软件及各零部件的设计4.1 AutoCAD及Pro/Engineer的介绍是（欧特克）公司于1982年自主研究开发的进
行绘图的软件，主要用于二维绘图的设计。它的应用十分广泛，例如机械行业、建筑行业、土木工程、石油化工等领域。本次设计平面二维图主要基
于，其界面的完整性以及可实施的操作性能让我充分理解运用到这个软件的同时完成相应的设计。软件是美国（）旗下的的三维软件。软件以真实的
参数化著称，是参数化技术里面的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。本次设计了解和熟悉相关功能，并对设计部分零部件
进行绘制。4.2 盘式制动器部分设计及体现4.2.1 制动盘的材料选择及结构制动盘的工作环境极其恶劣，它不仅要承受热量，还要承受着
来自各个方向的作用力，所以用强度和硬度相对较高的珠光体灰铸铁制成，或者用添加过，等的合金铸铁来制造。为了避免制动盘承载过多热量而造
成的不利影响，可以将制动盘做成双向盘，中间有通风槽，称作通风盘，其降低温度约，但外观来说这种制动盘较厚。本次设计采用的材料为。制动
盘工作时要求其表面平整光滑，生产时要求表面的跳动量稳。根据有关的文献规定：制动盘两侧表面不平行度小于，盘的表面摆差小于。如图4-1
所示。图4-1制动盘4.2.2 制动钳的材料选择及结构制动钳的材料一般由可锻铸铁或者是球墨铸铁造成，有的也用轻合金压铸而成。制动钳
的外部有一定的开口，为了方便更换摩擦衬块。制动钳体刚度和强度要求较高。而制动油缸的生产是在制动钳体中进行的。活塞口靠近制动衬块是为
了减少温度的传导，避免制动油液温度过高。活塞是由铸铝合金造成的并且进行镀铬工艺，提高其耐磨性。制动钳安装在车轴上，可前可后。位于轴
前可以避免轮胎带动的污泥及水进入钳内；而位于轴后可以降低轮毂轴承的制动合成载荷。本次设计采用锻铸铁。图4-2制动钳4.2.3 制动
块的材料选择及结构制动块由两部分相连的部件构成，即背板与摩擦衬块。衬块一般都为扇形，也有个别的是其他形状。为了避免衬块发生卷角发出
的噪音，制动块的面积应当做的大些，尽量盖过活塞。制动块背板一般由钢板制成。制动时的热量会使液体汽化还会产生噪音，这时可在摩擦衬块与背板间涂抹隔热减震垫。因为工作环境的因素，其磨损较快，所以尽可能的做的厚一些。图4-3制动块4.2.4 摩擦材料的选择制动摩擦的材料选取首先具有耐磨性，还需要较强的热衰退性以及高的摩擦系数，对压缩率要求要低还有低的热传导率以及热膨胀率，但要具有高的抗剪切、抗压的性能以及耐冲击的性能；还要选取对环境影响低，对人体无害的材料。一般摩擦材料摩擦系数取值约为，小部分达。一般进行设计时取。值得注意的是，摩擦系数越大，材料的耐磨性差。本次设计摩擦系数选用。将各个零件进行装配可以得到如图4-4所示：图4-4制动器而制动器是通过与轮毂的装配体现其制动价值，因此，制动器与车轮之间装配关系如图4-5所示：图4-5制动器装配第5章 传动轴寿命的校核5.1 选择相应的参数由整车参数的选取我们可以知道此外还有该车最大转矩，最大转矩时所具有的转速；最大功率，最大功率时的转速。轴距，满载质量，最高档位为5档，且，。5.2 传动轴的计算及强度校核5.2.1 临界速度的计算首先需要求出其临界速度是： （5-1）我们取它的安全系数：所以：已知轴距为：，我们先选取传动轴5.2.2 确定传动轴内外径 （5-2）所以得出 （5-3）要求先选取，所以5.2.3 传动轴的扭曲强度校核 已知： （5-4）—传动轴的转矩 （5-5）所以因此，以上设计符合要求。传动轴的寿命是与车辆自身的使用紧密相关的，除了转速的影响还必须考虑到道路的情况以及驱动方式，我们可以求出传动轴的万向节的寿命：当轴的转速时，其寿命为： （5-6）当轴的转速时，其寿命为： （5-7）而万向节的使用寿命与驾驶者的习惯有很大的关系，我们假设驾驶者使用各档的频率为，速度为，可计算万向节实际的使用寿命： （5-8） 结 论本次设计大量篇幅对制动器进行设计，因为作为执行元件不可马虎。本次选择的是盘式制动器，而盘式制动器在各类轿车上已经得到普遍的使用，它优于鼓式制动器的能力也被放大。制动过程中主要考虑到散热问题，因此对盘式制动器添加通风槽，以增大热量散失。而制动的液压部分也进行了相应的设计。结合这些设计，清晰而又完整的体现出制动系统以及制动系统的重要性。前言1II14 |
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