文 献 综 述 1.研究的意义 汽车是现代交通工具中用的最多、最普遍、也是最方便的交通工具。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性[1]。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。 制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点，但因成本高，只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓减速器；液力式制动器一般只用作缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器[2]。 摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式、和盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器；鼓式和盘式制动器的结构形式有多种[3]。 从上世纪90年代开始，一些欧洲汽车开始使用盘式制动器。2003年，欧洲使用盘式制动器的车桥已占有所有有车桥总成的70%以上。制动器主要分为盘式和鼓式两种，而与鼓式制动器相比，盘式制动器具有明显优势：热稳定性好、在输出同样大小的制动力矩的条件下，盘式制动器的质量和尺寸较小；盘式制动器的摩擦衬块结构简单，维修保养方便。并且，2000年以来，我国盘式制动器的市场需求发展非常快。从中国汽车工业协会统计情况来看，2000年我国盘式制动器的产量只有57.58万套，到2004年迅速增长到468.72万套，2007年增至1000万套。因此，对于盘式制动器的研究势在必行[4]。 2.制动器的国内外研究现状 制动系统在车辆的安全运行中起着至关重要的作用。在过去100年汽车制动器主要经历了以下几个过程：从原始的机械装置过渡到杆件鼓式制动器和拉索鼓式制动器，继而又出现了采用液压系统和带有真空加力器的制动器以及带有电控的盘式制动器[5]。 目前，随着环境污染与能源危机的日益严峻,包括混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车在内的节能与新能源汽车成为了全球研发的热点[6]。国外很多专家学者也在对电动汽车的制动器进行优化，回收制动能量，提高车辆的经济性[7]。 制动抖动是在车辆制动系统中发生故障频率最高的质量问题之一，因此国外学者对制动器的振动也进行了深入的研究，包括用玻璃纤维来强化制动器材料从而降低噪音和震动[8]，以及通过热弹性研究研制通风碟，即在制动盘表面画出沟槽，或者打孔通风，由此可以达到有效降低摩擦温度，防止材料发生热抖动或热弹性失稳，从而减小制动抖动[9]。制动抖动还可以通过采用自适应主动/半主动控制技术等现代控制方法来消除。目前采用电涡流、压电晶体材料制成作动器并集成到制动子系统的技术也渐趋成熟[10]。 国内方面，中国汽车制动器行业发展回顾与市场前景预测报告显示，20世 纪 90年代末，我国汽车制动器行业以生产鼓式制动器为主。2000年后，随着我国汽车安全标准不断强化及汽车生产规模的扩大，乘用车及商用车制动系统开始向制动及散热性优于鼓式制动器的盘式制动器过渡。 国内的汽车工业水平平均比发达国家汽车工业水平落后了二十年，国内的制动器实验技术也相对的落后，国内的制动器试验台主要依赖进口，但随着对外国先进技术的消化吸收和自主创新，国内的制动器试验台技术也取得了巨大的进步，并填补了这一空缺[11]。湖北工业大学的王莉和李清波就基于PLC的汽车制动台架的设计进行了深入研究并取得了丰富成果[12]。 也有学者利用TRIZ理论中的冲突解决原理对楔式制动器的结构进行了优化设计，有效解决了楔式制动器制动力输出不稳定和制动拖磨的问题，得到了性能优良，成本低廉的设计方案[13]。 在制动器材料方面，陶瓷制动盘在汽车制动器材料应用中已经已经具有较深的研究成果，国外很多超级跑车已经应用此项技术。采用陶瓷材料的制动器，其制动性能及散热性能相比于铸钢制动器更好[14]。随着对环境问题的重视不断加强，用更环保的材料制造制动器也是目前制动器发展的重要方向，我国已有学者研发出了多重纤维增强型的材料，有效减少了其中对人体有害的成分[15]。 3.盘式制动器概述 3.1 制动器工作原理 制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，一般制动器都是利用与车身或车架相连的非旋转元件和与车轮或传动轴相连的旋转元件之间的相互摩擦，来组织车轮的转动或转动趋势，并将运动着的汽车的动能转化为摩擦副的热能耗散到大气中[16]。目前，各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面[17]。 3.2 盘式制动器构造及工作过程 盘式制动器由制动盘、制动块、刹车片卡子、刹车分泵及分泵导向装置等组成。其中分泵又由泵体、活塞及密封胶圈、放气螺塞等组成。 盘式制动器的分泵安装在支架上，当来自总泵的刹车油进入分泵后，推动分泵活塞外移，活塞推动刹车片与制动盘接触摩擦，同时在反作用下，分泵泵体右移，带动另一个刹车片移动，两个刹车片共同将制动盘钳紧，实施制动。当松开制动踏板时，刹车油回流，分泵活塞在密封胶圈的反力下回位，刹车片解除对制动盘的钳紧[18]。 3.3 盘式制动器的分类 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，即制动盘。其固定元件则有多种形式，大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器中有2~4个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。这种有制动盘和制动钳组成的制动器，称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，但其制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，故称为全盘式制动器[19]。全盘式制动器只是在极少数重型汽车上使用。钳盘式制动器按制动钳的结构不同，分为以下几种： （1）固定钳式 制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动。这种制动器除了活塞和制动块以外无其他滑动件，易于保证钳的刚度，制造工艺与一般的制动缸相差不多，容易实现鼓式到盘式的改型，很能适应不同回路驱动系统。但径向和轴向尺寸大，增加了制动液受热机会，兼作驻车制动器时必须另外附装一套辅助制动钳。 （2）浮动钳式 1）滑动钳式 制动钳可以相对于制动盘作轴向运动，只在制动盘内侧有液压缸，外侧制动块固装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动块压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘另一侧，直到两制动块受力均等。 2）摆动钳式 制动钳与固定于车轴上的支座铰接。为实现制动，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。 浮动钳式制动器仅在内侧有液压缸，轴向尺寸小，没有跨越制动盘的油道，加之液压缸冷却条件好，制动液汽化的可能性低，成本低，而且可以兼用于驻车制动[20]。 4.主要设计工作 目前，汽车制动器的种类有很多种，如：盘式、鼓式等，但是前轮制动器一般采用盘式制动器。 主要设计工作有： （1）确定汽车的主要参数，如：整车最大总质量、轴距、动力型式、最高车速等等。 （2）通过基于三维激光扫描技术的汽车零部件逆向工程设计手段，获取样本前轮盘式制动器总成三维实体模型，再利用 geomagic studio和 catia 三维软件进行修改和装配，最后通过 catia 软件转成二维工程图。 （3）完成前轮盘式制动器总成部件工作图设计。 5.参考文献 [1] 余志生.汽车理论(第五版)[M]. 机械工业出版社, 2010. [2] 王望予.汽车设计(第四版)[M]. 机械工业出版社, 2010. [3] 陈家瑞.汽车构造下册(第三版)[M].机械工业出版社, 2009. [4] 严波,徐达.汽车气压盘式制动器的结构特点与性能分析[J].专用汽车,2005. [5] 顾力文.美国汽车制动器的发展[J].汽车与配件,1998. [6] BP Statistical Review of World Energy 2015[M].Petroleum,British,2015. [7] Sakai A, Sasaki Y, Otomo A. Toyota braking system for hybrid vehicle with regenerative system[J].Journal of the Society of Automotive Engineers of Japan,1998. [8] Seong Hwan Kim, Ho Jang. Friction and Vibration of Brake Friction Materials Reinforced with Chopped Glass Fibers[J]. Tribology Letters,2013. [9] Gugino Aed, Brake Moan Simulation Using Flexible Methods in Multibody Dynamics[J]. SAE Paper No.2000-01-2769,2000. [10] Murakami H, Tsunada N, Kitamura T. A study concerned with the mechanism of disc brake squeal[J].SAE Paper No.841233, 1984. [11] 李红山. 乘用车制动器试验装置及试验规范的研究[J].武汉理工大学,2010. [12] 王莉,李清波.基于PLC的汽车制动器台架试验机控制系统设计[J].湖北工业大学学报,2011. [13] 高天才,李平平.基于TRIZ理论的汽车制动器创新设计[J].汽车实用技术,2016. [14] 刘少华,刘晨.论述汽车制动器刹车原理及发展方向[J].中小企业管理与科技.2016. [15] 苏玉英. 多重纤维增强重型汽车制动器摩擦材料的研制[J].工程技术,2016. [16] 刘康.浅谈盘式制动器的工作原理及在重型载货汽车上的应用[J].科技信息,2010. [17] 韦韦. 盘式制动器的原理与应用[J]. Equipment Manufactring Technology No.7 ,2009: 130~131. [18] 黄安华. 浅谈汽车的制动系统1制动系统的组成与分类[J].机械研究与应用,2010. [19] 田睿,曹辉. 盘式制动器结构优化及其制动噪声分析[J].现代制造工程,2015. [20] 吴栋楠. 浮钳盘式制动器结构分析[D]. 武汉理工大学, 2013.