论文总字数：19357字

摘 要

随着汽车行业的迅速发展，汽车设计的水平在不断进步，但交通事故依然屡屡发生，作为汽车最重要的主动安全系统，制动系统的设计一直都是汽车设计过程中最为重要的一个部分。本论文的研究目的是以2.0L凯美瑞轿车为目标车型，在通过借鉴国内、国外汽车制动系统研究成果的基础上，运用先进的设计手段和分析方法，首先深入了解汽车制动系统工作原理，然后综合分析各种汽车制动系统的结构、特点，尤其是同类型中级轿车制动系统的设计，对凯美瑞轿车进行制动系统的总体设计和结构选型，同时根据2.0L凯美瑞轿车的相关参数，对其制动系统进行设计计算和强度校核。本论文所设计的制动系统能够与2.0L凯美瑞轿车实现良好的适配，同时满足该型汽车对制动性能、制造成本等诸多方面的要求。

关键词：汽车；制动系统；盘式制动器；液压驱动；驻车制动

Abstract

With the rapid development of the automotive industry, the level of automotive design is constantly improving, but traffic accidents still occur frequently. As the most important active safety system for automobiles, the design of braking systems has always been the most important part of the automotive design process. The purpose of this thesis is to target the 2.0L Camry sedan, and on the basis of drawing on domestic and foreign car brake system research results, using advanced design methods and analysis methods, first of all to understand the working principle of the car brake system, Then comprehensively analyze the structure and characteristics of various automobile braking systems, especially the design of the same type of mid-level car braking system, and carry out the overall design and structural selection of the brake system for the Camry car, and at the same time according to the relevant parameters of the 2.0L Camry car , Design calculation and strength check of its braking system. The braking system designed in this paper can be well adapted to the 2.0L Camry sedan, and at the same time meet the requirements of this type of vehicle for braking performance, manufacturing cost and many other aspects.

Key Words：Automobile; Brake System; Disc brake; hydraulic drive; parking brake

目录

第1章 绪论 1

1.1制动系统设计的目的及意义 1

1.2制动系国内外研究现状 1

1.3 设计的基本内容 2

第2章 总体设计方案 3

2.1制动器的结构型式及选择 3

2.2制动管路的布置原理 4

2.3制动主缸 5

第3章 制动系主要参数的选择与计算 6

3.1基本参数 6

3.2同步附着系数确定 6

3.3制动器最大制动力矩 8

3.4制动器的结构参数与摩擦系数 8

3.4.1制动盘直径D 8

3.4.2制动盘厚度h 9

3.4.3摩擦衬块外内半径R₁与外半径R₂ 10

3.4.4摩擦衬块的工作面积 11

3.5摩擦衬块的磨损特性计算 11

第4章 驻车制动系统的设计计算 13

4.1驻车制动结构方案 13

4.2驻车制动计算 13

第5章 制动器主要零件的选择和结构设计 16

5.1制动轮缸 16

5.2摩擦材料 16

5.3制动盘 16

5.4制动钳 17

5.5制动块 17

第6章 制动驱动机构的结构形式选择及设计计算 18

6.1制动驱动机构的结构形式选择 18

6.2制动管路的多回路系统 18

6.3液压制动驱动机构的设计计算 19

6.3.1制动轮缸的直径D 19

6.3.2制动主缸的直径 20

6.4制动踏板力与踏板工作行程 21

第7章 汽车防抱死制动系统 22

7.1ABS系统在汽车上的配置 22

7.2系统总体方案的设计 23

结论 25

参考文献 26

致谢 27

附录 28

第1章 绪论

1.1制动系统设计的目的及意义

制动系统就是我们常说的刹车系统，它的功用不仅仅是在我们需要减速或者停车时发挥作用，还可以使汽车以稳定的速度下坡、保证汽车可以平稳安全的停靠在路边。随着国内外汽车行业的不断发展、汽车市场的不断扩大，车流密度日益增大，汽车设计工作也在不断进步，但交通事故也在频繁发生，根据相关杂志介绍，由于汽车制动系统出现故障而引发的交通事故占到了因汽车自身问题引发事故的45%。由此可见，为了保证最基本的行车安全，我们必须保证车辆的制动系统可以稳定工作，性能良好，这样才可以充分利用汽车的动力性能^[1]。

1.2制动系国内外研究现状

1895年，橡胶摩擦式制动器开始出现，结构简单，需要通过人力进行制动，但制动原理一直延续至今，现如今汽车上装配的盘式制动器或鼓式制动器均采用摩擦式结构；20世纪初，英国人和法国人分别获得盘式制动器和鼓式制动器专利；1961年，带有伺服系统的液压盘式制动器首次得到装车使用；1978年，ABS防抱死制动系统首次出现，并在20世纪末实现批量装车；进入新世纪以来，电子稳定程序ESP、电子液压制动系统EHB、电子机械制动系统EMB、电子驻车制动系统EPB等相继出现，制动系统朝着电控化、智能化的方向不断发展^[2]。总体来说，从最开始的橡胶摩擦制动，到后来出现并被广泛应用的鼓式、盘式制动器，到如今电子控制系统的不断发展，随着汽车安全性要求越来越高，制动系统也在不断经历着改革和变迁。

总体来说，制动系统的发展离不开以下三个方面：

（1）智能化：进入新时代以来，汽车整体都在朝着智能化的方向不断改进，制动系统也不例外，ABS、ESP、EPB等各类电子控制系统的不断出现，使制动系统的结构越来越简单，操纵更加便利，制动效能也越来越稳定。若干年后，随着智能化时代的进步，电子制动系统将会完全取代液压制动。

（2）轻量化：环境污染问题日渐严重，根据相关实验表明，汽车质量每减轻十分之一，燃油消耗量会较少8%左右，排放量也会较少4%，因此汽车轻量化的改进非常重要。从简单的人力机械制动，到液压制动系统的发展，再到电子控制系统的不断出现，制动系统也在朝着轻量化的方向稳步前进。

（3）噪声低：汽车制动系统的噪声问题一直制动系统研究中一个很难解决的难题，由于新型材料的不断出现和使用，已经制动器结构的不断改进，汽车制动系统的噪声问题正在逐渐被改进，未来，无噪声的制动系统将会出现在每一辆汽车上。

1.3 设计的基本内容

（1）分析常用制动器结构、性能及特点，重点考虑制动器的高制动效能，合理设计前后制动力的分配比例，并按照国家标准的制动性要求，对中级轿车制动系进行结构选型，总体设计；

（2）完成相关结构参数的选择和相关的设计计算、强度校核，编写设计说明书；

（3）完成制动系的总装配图和部分零件图的绘制。

第2章 总体设计方案

汽车性能的提升离不开可靠稳定制动系统，随着汽车轻量化的不断发展，汽车结构也在不断发生变化，制动系统的结构设计也在不断改进，归根结底，汽车制动系统的设计始终需要满足一定的要求要求。

每一辆完整的汽车都必须至少装有行车制动和驻车制动两套系统，它们的工作是相互独立的。在汽车行驶的过程中，我们通过踩刹车使汽车减速或者停车，这就是行车制动系统的作用。当汽车需要停靠在路边甚至是一些不平的路段尤其斜坡上时，为了汽车可以平稳安全的停靠，需要驻车制动系统发挥作用^[3]。

制动系统设计需要满足如下要求：

1. 所有参数和性能符合相关国家标准和法规要求；
2. 行车制动和驻车制动效能足够好；
3. 制动作用稳定；
4. 由于在汽车制动过程中由于摩擦会产生很大的热量，在高温条件下，制动器的性能会发生变化，此时必须保证汽车的制动效果不会受到很大影响；
5. 制动效能的水稳定性好。制动装置在浸水之后，要能保证制动效能不发生明显的变化，保证制动安全性；
6. 制动时的操纵稳定性好。在任何行驶条件下，都需要保证制动时的操纵稳定性，确保在各种突发状况下及时制动；
7. 制动作用不能拖延，滞后时间要尽量缩短；
8. 制动时尽量避免产生噪声和震动；
9. 保证制动系材料具有足够的寿命，较少维修成本；
10. 不能和汽车其他系统的结构发生干涉，比如悬架、转向等

2.1制动器的结构型式及选择

随着制动器结构的不断发展演变，机械摩擦式的制动器已经非常成熟了，基本上所有汽车的制动器都采用这种结构。在汽车制动的过程中，制动力矩的产生来源于制动器内部旋转原件和固定原件的工作表面接触产生的摩擦作用，从而使车轮转速减小逐渐停止，产生制动作用。现在装配在汽车上的制动器有鼓式制动器和盘式制动器两大类，这两种制动器的制动原理大同小异，只是旋转原件的结构不相同。

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