本田思域制动器的设计

2024年1月24日发(作者：宝马3系图片高清大图)

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计

本田思域制动器的设计

本田思域制动器的设计

摘要

在现在的社会放眼望去，基本每一个小康家庭都拥有这一辆家用汽车。可见，汽车在现在的社会对于人们来说是一种必不可少的交通工具。所以，从人们的安全方面来考虑，国家必须要注重汽车的制动系统的稳定性。

制动系是汽车装置中一种极为重要的安全装置，如果在行驶过程中出现制动问题，很有可能会危及到驾驶人的生命安全。所以，必须要保证汽车制动系统的稳定性。根据网上的大数据统计分析，如今的制动器普遍采用摩擦式，其次他还能往下衍生两种不同模式，对于盘式制动器，因为其结构的设计以及材料的选取，所以盘式制动器在稳定性这一方面要比鼓式制动器更赢得人们的青睐。在现在这个社会，由于汽车性能的要求以

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及与汽车设计匹配度的要求，浮钳盘式是现在比较受欢迎的一款制动器。

本文的设计流程将会按照制动器的设计说明书来一步步完成。首先先用自己的理解去叙述制动器的分类以及特点，再通过资料查找以及计算出设计所需要零部件参数，最后再通过校核来完成论文。设计出来后通过CAD、CATIA三维设计软件来制造工程图。

关键词：汽车；制动系；盘式制动器；

Design of Honda Civic Brake

Abstract

In today\'s society, almost every well-off family has a family car. It can be seen that cars

are an indispensable means of transportation for people in today\'s society. Therefore, from

people\'s safety to consider, the country must pay attention to the stability of the braking

system of the car.

Braking system is a very important safety device in automobile devices. If braking

problems occur in the process of driving, it is likely to endanger the safety of the driver\'s life.

Therefore, the stability of the braking system must be guaranteed. According to the statistical

analysis of big data on the Internet, today\'s brakes generally adopt friction type, and it can

also derive two different modes. For disc brakes, due to the design of its structure and the

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selection of materials, disc brakes are more popular than drum brakes in terms of stability. In

the present society, due to the requirements of the performance of the car and the car design

matching requirements, the floating clamp disc is now a more popular brake.

The design process of this paper will be completed step by step according to the brake

design specification. First of all, describe the classification and characteristics of brakes with

your own understanding, and then through the data search and calculation of the design parts

parameters, and finally through the check to complete the paper. After the design through

CAD, CATIA 3d design software to produce engineering drawings.

Keywords:Vehicle；Braking system；Discbrake；

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目录

1前言 ............................................................................................................................ 1

1.1设计的意义 .................................................................................................................. 1

1.2制动器的分类 .............................................................................................................. 1

1.3盘式制动器的特点 ...................................................................................................... 3

1.4制动装置的设计原则 .................................................................................................. 4

2制动器方案的选择 .................................................................................................... 5

2.1浮钳盘式制动器的工作原理 ...................................................................................... 5

2.2浮钳盘式制动器的结构 .............................................................................................. 6

3制动器主要零部件的设计 ........................................................................................ 7

3.1制动盘 .......................................................................................................................... 7

3.2制动钳 .......................................................................................................................... 8

3.3制动衬块 ...................................................................................................................... 9

3.4摩擦材料 ...................................................................................................................... 9

3.5制动器间隙 ................................................................................................................ 10

4设计中主要参数的计算 .......................................................................................... 11

4.1制动器效能因数 ........................................................................................................ 11

4.2摩擦衬块外半径R2和内半径R1 ............................................................................. 11

4.3制动力的分配系数 .................................................................................................... 12

4.4同步附着系数的选取 ................................................................................................ 12

4.5制动器制动力矩的计算 ............................................................................................ 13

4.6制动踏板力Fp： ........................................................................................................ 14

4.7制动缸尺寸的选取 .................................................................................................... 15

4.8制动驱动机构选择 .................................................................................................... 15

4.9分路系统的选择 ........................................................................................................ 15

5校核与分析 .............................................................................................................. 17

5.1制动器的热容量和温升核算 .................................................................................... 17

5.2制动力与制动性能的分析 ........................................................................................ 18

6结论 .......................................................................................................................... 19

参考文献 ..................................................................................................................... 20

谢辞 ................................................................................................ 错误!未定义书签。

附录A 外文翻译 ....................................................................................................... 21

附录B CATIA三维装配图 ........................................................................................ 25

附录C CAD二维图纸 ............................................................................................... 27

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1前言

1.1设计的意义

汽车的制动器其实就利用一些制动器的主要组成部件来使汽车减速的过程（摩擦衬块对制动盘的摩擦阻碍）。跟随着国家和社会的进步，汽车成为了社会必不可少的一种代步工具。说到汽车，人们在购买使用汽车首先会想到的问题当然是安全；安全是汽车行驶过程中最重要的问题之一。人们都知道汽车的制动系统是决定着汽车行驶是否安全的关键因素，而汽车制动器则是汽车制动系统的关键组成之一。所以，人们在制造制动器或者设计制动器的时候，必须要结合各种影响到制动器性能的因素，优化以及改善设计的方案，以至于使生产出来的制动器能够有足够的稳定性来保证人类的安全。本次设计的浮动钳式盘式制动器通过本田思域车型的实际参数、制动器主要零部件的材料和结构的选择、参数的设计计算和校核来实现，最终画出主要零部件的三位工程图和总体装配图。

1.2制动器的分类

在汽车的底盘上，制动系统是一个必不可少的一个安全系统。对于汽车一个完整的制动系统而言，制动器当然是必不可少的重要组成部分。制动器的种类各式各样，显然，如果是按制动器工作原理的不同来区分的话，制动器自身有3中不同的形式，电磁式的、液力式和摩擦式，首先是电磁式，目前他的使用率较低，缘于它的制造方面，结构复杂从而导致成本过高，而现代的话普遍都应用摩擦式，少部分应用液力式。虽然电磁式的制动器本身存在这一些缺点，但是又因为其独特的稳定性，据网上资料显示，还是会有一小部分的大型的重货车还在使用着电磁式制动器。而毫无疑问目前的汽车领域以及各种各样的车型制造厂都是在应用着摩擦式的制动器。摩擦式制动器的本质就是利用摩擦产生的阻碍的作用力而最终使汽车安全地停止下来（使汽车停下来其中包括两个相互摩擦，一个是摩擦衬块与制动盘之间的摩擦，而另一个是汽车轮胎接触面与地面之间的摩擦）。

从制动器结构以及构造来分析，其摩擦副中旋转原件的不同又可以分为盘式和鼓式基本的两种形式。研究表明，从盘式制动器中制动钳的移动特点又可分为固定钳式和浮动钳式，制动钳的结构里面包含着两个制动衬块的零部件，而根据衬块的形状以及运动方式又可分为滑动和摆动两种。而本次的设计中是设计浮钳盘式，所以鼓式制动器就不1

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做详细的介绍。

据统计，现代的中小型轿车使用盘式制动器的比较多，不管是在性能方面还是在成本及结构方面，盘式都占有一点的优势。所以，本次的设计也是选用盘式制动器的结构来完成(浮钳盘式)。

滑动钳式如下面的图例所示：

图1.1滑动浮钳盘式制动钳示意图（用cad绘画）

上面有提到，钳式制动器可以细分为固定钳式和浮动钳式。

固定钳式的特点就是制动钳是固定在支架上面不会移动的，还有制动盘的两侧都装有油缸。当汽车制动的时侯，制动液通过管路给两边的活塞各一个作用力，通过活塞推动制动衬块向制动盘横向移动。

浮动钳式根据其结构以及运动方式的不同还可分为滑动钳式和摆动钳式两种。

滑动钳式顾名思义就是滑动的制动衬块会相对于制动盘做一个轴向的滑动模式，而且与固定钳式不同的是滑动钳上只有一个活塞，而且是在制动钳的内测，外侧的制动衬块是固定在制动钳的外侧的。当汽车发生制动时，制动液通过管路给有活塞的那一边一个作用力，通过活塞推动制动衬块向制动盘靠近，而此时制动钳内还会出现一个反作用力，使另外一边固定衬块的摩擦片也向制动盘靠近，直到两边的作用力相等为止。（滑动如上面图示）

另外一种就是摆动钳式，摆动钳式就没有滑动应用的那么广泛了。其特点为，其制动钳体是连接着车轴上的支座，可以围绕着支点进行摆动。摆动钳式也是只有一边装有油缸。从它的结构上来看，显然可以看到它的摩擦衬块是不能均匀地受损的，所以，需要把摩擦衬块先加工成规定的模型。在使用的过程中，发现制动衬块的受损情况差不多均匀时，应马上更换衬块。

使用的好处就是只有活塞和摩擦衬块以外没有其他的滑动部件了，这样有利于保证制动钳的刚度问题。其结构和制造的工艺和一般的轮缸过程差异比较小，其亦能符合5种制动驱动回路的使用要求。

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当然，固钳式也是存在缺点的；因为固定钳式必须要有不少于两个的装在制动盘的两侧，所以用来连接液压缸的管道必须穿过外部的油管或者是制动盘的内部，这一设置使得制动器有关的部件尺寸变大，成本变高，结构也随之而变得复杂，在使用方面当然也增加了难度。

相反，浮钳式制动器正是因为只需要一个液压缸并且可以装在制动盘的内测，所以其的轴向的尺寸也因此比较小，也因为没有跨越油道，所以温度不会被影响以至于冷却好，综合在结构、成本以及使用方面上较固钳式要好。浮钳式的摩擦衬块还可兼用做驻车制动。就现在的报告分析来看，浮钳式制动器的应用还是比较广泛的。综和上面的分析，本次设计将优先考虑设计钳盘式滑动制动器。

1.3盘式制动器的特点

现代社会之所以是盘式制动器的使用率比较高，当然是有它的道理的。盘式制动器在很多使用的方面都有很多优点，主要表现为下面所列出来的几个方面：

1) 盘式的制动力矩与汽车行驶的方向无关[3]。

2) 盘式的水稳定性比较好。

3) 盘式制动盘的热膨胀不会造成制动踏板的行程损失。

4) 盘式比较容易构成双回路系统；这样，当一个回路出现故障时，可以利用另一个回路进行制动，有利于保证驾驶员的安全性。

5) 盘式的热稳定性比较好。

6) 盘式制动器可以自动进行间隙调整。

7) 制动钳上面的两个制动衬块的结构并没有那么复杂，而鼓式制动器的结构相对复杂一点，所以盘式衬块需要更快的时候较方面一点。

8) 因为制动盘和两侧摩擦衬块的距离比较小，相对来说制动的时间也缩小了，更及时更安全。

9) 液压对摩擦衬块的作用力两侧相等，所以摩擦衬块的受损情况也比较均匀。

当然，盘式制动器也是存在着缺点的：

1) 一定要在制动的驱动机构中加装一种助力器。

2) 由于制动盘两侧的摩擦衬块面积比较小，因为制动受损的关系以至于使用的寿命不长，需要及时更换衬块（且衬块的材料需要耐磨）。

3) 盘式的细微间隙还是存在的，所以无法完全地将灰尘隔绝和防止生锈、腐蚀。

4) 盘式的制动器同时也负责着汽车驻车时的任务，当驾驶员需要做驻车动作时，其需要使用手柄通过比较复杂的驱动机构来完成驻车。

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1.4制动装置的设计原则

（1）可靠性好

所谓的可靠性好是指当汽车在突发情况下出现了制动失灵等事故时，汽车的制动系统是否有另外一个制动回路来应对这样的突发事故，特别是在行车制动的时候。因为在汽车行驶的过程中，谁也不能保证制动系统不会出现故障或者失灵，如果拥有了两套制动装置，当一台装置故障或失灵时，可以利用两外一套制动装置进行制动，这样的制动系统更加的可靠。但是它们的驱动机构要各自独立。行车装置中的制动管路的回路也需要两个。还有在比较容易受损的零部件上面应该设置感应器（安全设备和报警装置）。

（2）需要有足够的制动能力

设计中用来评定汽车是否有足够的制动能力的标准有两个，一个为特别重要的行车制动能力，另一个是驻车能力，例如在角度比较大的坡度需要停车时，就必须要启动驻车。要评定一辆汽车是否有足够的制动能力时，应当评定其制动时初速度或者是最大制动踏板力下的制动减速度。具体数据请查看机械设计书（表格）。

（3）操纵轻便

要使汽车驾驶员在操纵汽车时轻便、舒服，设计者在设计驾驶员要操纵的机构或手柄踏板时，设计者要考虑操纵的距离、所需要的力度、所在的位置、所用的材料等等，都会对驾驶员的体验造成影响，所有的设计必须要符合人机工程学的设计要求。在汽车制动时所需要人的作用力不宜太大，能为一般体形和体力的驾驶员所适应即可。（一般轿车在制动时所需要的力在200到350N之间）

（4）制动操纵性要好

所谓的操纵性要好就是在汽车进行制动的时候，对汽车方向盘的控制以及整个汽车的稳定性要好，不要出现侧滑、抱死的情况。首先汽车前轴和后轴的左右轮的制动力矩要均匀，再来要前、后轮的制动力矩也要合适地分配，因为一般在制动时，前轮的承受负荷要比后轮大，所以最好是力矩的分配比例可以随着载荷的变化而变化。

（6）水稳定性要好

制动器能够防止水与尘土进入工作环境中，还有如果制动衬块渗水够恢复能力要强。

（7）热稳定性要好

制动盘两侧的摩擦衬块的抗热能力要强，受热后冷却要迅速。

（8）降低对环境的危害

制动时制动发生的声音不能太大、用来制造摩擦衬块的材料不能对人体造成伤害。

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2制动器方案的选择

制动器的形式一共分为三大类，除了现代最比较常见的鼓式和盘式，还有一种比较少见的带式。现在的轿车前、后轮使用的制动器一般为鼓式或者盘式，但盘式制动器比鼓式更受欢迎一些。其中的带式只会使用在中央制动器中。在选择制动器方案的时候，要根据各种制动器的优缺点以及性能，再参考我们要设计的车型，结合作比较才能得出比较好的选择方案。本次设计的制动器车型为本田思域，本田思域在现代是年轻人比较向往的一款个性化的汽车，不管是从外观还是从速度上来看都是比较年轻化、有激情的一款车。所以，这款车在制动器的选择上还是有点要求的，首先这款车是比较偏向速度型的，所以制动器的制动性能、稳定性一定要好、制动衬块的摩擦材料一定要耐磨、制动盘最好选用通风式（散热快）、还有制动器的外形最好也和思域车型匹配等等。本次制动器的设计优先选用盘式制动器，盘式制动器的各方面稳定性都比较好，有利于保证驾驶员的安全；再来就是选用浮钳滑动式的目的是为了使制动器的轴向尺寸更小一点，有利于节省成本、简化结构；最后在制动驱动机构方面肯定需要选用两个回路的管路系统，有利于保证在一个回路出现障碍时的安全制动；还有制动钳、螺栓、液压缸等其他部件的材料要有足够的刚度、冷却条件要好等等。

要从全方面的考虑来设计一个完整的制动器，这不但是对自己负责，也是对驾驶员的安全负责，更是对本田思域的一种尊敬。

2.1浮钳盘式制动器的工作原理

首先浮钳盘式制动器基本是由制动钳、制动盘、活塞、制动衬块制动钳支架几个大件组成[5]。制动器驱动体是一个液压驱动机构，制动管路连接着制动主缸、制动轮缸。当汽车要进行制动时，驾驶员用脚踩下踏板，经过一系列的连杆机构，再通过制动液给活塞一个作用力P1（如下图所示），活塞5受到P1的作用力，向左移动，把固定在活塞上面的制动衬块3也一起向制动盘1靠近，与此同时，制动钳体2也同时产生一个反作用力P2，此作用力P2使得固定在制动钳外侧的制动衬块也向制动盘靠近（向右移动），直到制动盘两侧的制动衬块的力均匀，通过摩擦使制动盘停止转动，从而使车轮停下来。摩擦块上面有安装到传感器，当活动摩擦块磨损到允许的极限厚度时，报警开关便接通电路而对驾驶员发出警报信号。此制动器还有自动调节间隙的功能，当汽车在制动时制动钳产生间隙，活塞就会随着密封圈的移动而移动，从而补回了产生间隙的空间，而实现间隙的自动调整；密封圈在制动时会产生变形从而使活塞回到原位。制动钳体的下面还装有导向销7，导向销插入制动钳所配置的孔里面，导向销连接着制动钳和制动钳支5

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架，这样使得制动钳可朝着导向销的轴向方向移动。

图2.1浮钳盘式制动器工作原理图

1—制动盘2—制动钳体3—制动块总成4—带磨损警报装置的制动块总成 5—活塞

6—制动钳支架 7—导向销

2.2浮钳盘式制动器的结构

图2.2浮动钳式前制动器结构示意图

1—车轮螺栓2—制动盘3—挡尘盘螺栓4—挡尘盘5—转向节6—弹簧片7—制动衬块8—制动钳外壳9—套筒（下）10—衬套（下）11—隔离衬套（下）12—隔离衬套（上）13—紧固螺栓（下）14—紧固螺栓（上）15—衬套（上）16—套筒（上）

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3制动器主要零部件的设计

轴距：

质心高度：

整备质量：

满载质量：

表3.1本田思域参数

2700mm 前轮距：

0.8m

1245kg

1545kg

后轮距：

质心到前轴的距离：

质心到后轴的距离：

1547mm

1563mm

1450mm

1250mm

3.1制动盘

从制动盘的外形来看，制动盘一般分为两种：一种方式现代应用比较广泛的礼帽形（其主要用于钳盘式），而另一种则是平板形（其主要应用于全盘式）[6]；从制动盘的功能来看的话，制动盘可分为通风式和实心式两种，通风式比实心式的散热性更好；但不管什么形式的，用来制造制动盘的材料一般都是用珠光体灰铸铁，此材料的性能比较好。本次设计选用的是通风式制动盘。

图示如下：

图3.1左边的为通风式；右边的为实心式（CATIA绘画）

制动盘的直径D：

按照设计书的设计要求，在选取制动盘的直径的时候，能取大点的尽量取大点，因为制动盘直径取大了有利于制动器的有效半径的提高，这样一来，可以减少制动钳两侧的作用力，这样就直接降低了制动衬块的受损情况。

根据设计要求，因为轮毂直径的关系，制动盘的直径一般选取为轮毂的直径的70%到79%。思域的轮胎规格为R16，大小为16寸，通过计算16×25.4=406.4所得思域轮7

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毂初取406.4mm。

通过计算406.4×0.75=304.8mm，所得制动盘的直径取为D=304.8mm

制动盘的厚度：

制动盘厚度可以直接地关系到制动器的重要甚至结构，厚度的选取直接影响到紧急制动时制动盘的温度高低。如果制动盘厚度选取太小的话，在汽车制动时，温度会非常的高，这样制动盘长期来看会受损严重；制动盘的厚度也不宜过厚，太厚了制动盘的质量会增大，成本也会变高。制动盘有通风式和实心式两种，通风式的散热效果比较好。根据机械设计书的说明，实心的制动盘厚度一般在10到20mm内选取，而通风式制动盘的厚度一般在20到30mm内选取。不过这是没有硬性要求的。

综上所述，因为本次设计的是通风式的，所以制动盘的厚度选取为h=24mm

3.2制动钳

制动钳是制动器里面一个比较重要的部件。制动钳的外形没有太多的硬性要求，一整个制动钳一般是由两半的制动钳合成，然后用螺栓连起来，这样是有利于需要的时候可以拆分。制动钳的外缘还应该留有一个开口，这个开口有利于制动衬块的更换和检查。还有制动钳的材料一般是高强度和高韧性的可锻铸铁，其的刚度和强度比较大，且能防振。制动钳里面还有制动油缸和活塞，有的制动钳里面的制动油缸是和制动钳是一体的，但油缸也可以是装进去的；活塞的形状像是一个圆柱形的杯子，一边有开口，又开口的那边想着制动衬块上的背板，这样有利于降低制动液的温度。活塞的材料一般选用耐腐蚀性比较强的铝，活塞的整个表面还镀一层绝热材料来控制温度。

图3.2制动钳的三维示意图（CATIA绘画）

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3.3制动衬块

摩擦衬块虽然是一个比较小的部件，但其却是对制动起这关键的作用。摩擦衬块的结构比较简单，是由两块东西连接而成，前面一块衬块，衬块后面贴着一块稍大的背板。衬块的形状一般为扇形，当然，其他形状也是有的，矩形等等。因为摩擦衬块是一个受损比较高的一个零部件、也是一个影响着制动安全的部件，所以，在摩擦衬块上面应装有电触点，当摩擦衬块受损到极限位置时，电触点就会接触到制动盘，此时就会发出警报（警报灯会亮）让驾驶员知道。

这里选取制动衬块的总厚度为13mm，背板的厚度为5mm，摩擦片的厚度为10mm。

图3.3制动衬块示意图图（CATIA绘画）

制动衬块的工作面积A：

制动衬块的面积大小适中就好，设计说明是根据制动衬块单位面积占有的汽车质量在1.6—3.5kg/cm2的范围内选取。

3.4摩擦材料

在设计制动器零部件的过程中，摩擦衬块上面的摩擦材料选取也是非常重要的，材料的选用直接影响了衬块使用的时间、维护的周期、摩擦产生的气味甚至制动安全等等[8]。材料的选择首先其耐磨性要好，毕竟摩擦衬块是长时间都在进行摩擦的；还有对温度的敏感度不能太高，会影响摩擦衬块的受损程度；制动过程中不易产生噪声，无臭味，无污染材料来源充裕，价廉易制造，易保管运输。

目前广泛应用的摩擦材料是模压材料，主要成分为石棉纤维，加上蒙古合剂、填料高温模压成型。其中石棉含量为30%到70%，它能提高摩擦系数、机械强度、耐热性，吸收振动。蒙古合剂为有机物，填料用来调整摩擦性能，借此改善耐磨性、摩擦稳定性、摩擦系数、耐衰退性和消除振动噪声。[9]这种模压材料是成型的单块产品，挠性较差。但它可通过选用不同黠合剂而得到不同的摩擦性能和其他性能。一般摩擦材料的摩擦系数取值范围在0.3到0.5之间，有部分比较罕见的材料摩擦系数可达到0.7；从数值上可以知道其摩擦的性能强弱。系数越小，耐磨性就越好。所以在设计制动器时，一般取f=0.3。

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所以摩擦系数初选为f=0.3

3.5制动器间隙

制动器的间隙就是指制动盘与两侧摩擦衬块的距离。间隙过大，就会影响汽车制动的时间；间隙过小，会影响制动盘的自由转动。所以间隙适中就好，一般盘式制动器的间隙区间为0.1到0.3mm之间。

本次设计选取制动盘的间隙为0.15mm

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4设计中主要参数的计算

4.1制动器效能因数

制动器的效能因数是指在单位输入的作用力的情况下所输出的力矩。制动器的效能因数用字母K表示[10]：