制动器设计及计算实例汇总

设计指南一、前转向节带盘式制动器总成前转向节带盘式制动器总成主要有以下零部件组成：如下图所示。

在下面一张图片当中可以看到，前转向节带盘式制动器总成既和转向机的横拉杆连接又和控制臂、前滑柱还有传动轴等连接。

在总成当中转向节就相当于一个平台，平台上搭载了制动钳，轮毂、轴承、制动盘零部件，轴承安装在转向节的方式根据轴承不同而采取压装或是通过螺栓连接到转向节上，传动轴与轮毂通过花键联接,转向节上端与滑柱通过螺栓连接，下端与控制臂的横拉杆通过球头销连接，控制臂与副车架连接，总成围绕控制臂与副车架的连接点为圆心上下移动，前端安装制动钳，后端与转向机横拉杆连接，转向时围绕球头销旋转。

转向节一般多为铸造件，也有的转向节是锻造件，其中以锻造件为佳，但是锻造件的模具比较复杂，不易加工。

我公司现有的产品当中B11和S11的转向节都是铸造件，A11、A15的转向节是锻件。

铸造的转向节材料是球墨铸铁（QT450-10 GB1348），因为铸铁的韧性不是很好，所以要求铸件必须100％进行球化率检测，应达到85％以上，并且要求对铸件百分之百探伤，不得有气孔，缩松夹渣和硬点，不得有裂纹。

同时因为转向节经常在比较复杂的变载荷情况下工作所以对转向节的疲劳试验要做特别要求，这是B11前转向节的技术要求，具体如下：锻造件A11A15的材料是45＃钢或者是免调质钢，因为钢具有较好的刚度和强度，锻造转向节的性能大大优于铸造转向节。

下面简单的介绍一下轴承的发展我们的产品当中，A11A15前轮轴承、S11前后轮轴承均为一代轴承，一代轴承在前转向节中需要采用压装，对轴承与转向节的过盈配合、压装力以及传动轴锁止螺母的预紧力均要求很严格，所以将来的趋势是逐渐淘汰一代轴承。

二代轴承轴承外圈与轮毂集成，一般多用于非驱动轮。

三代轴承轴承内圈、外圈、轮毂集成为一体，ABS传感器也可以根据需要集成，使装配模块化，简单化。

现在轴承一般都很少重新开发，供应商根据主机厂所提供的以上参数从现有的产品当中挑出一款或是几款轴承来布置。

制动器的设计与计算制动器主要参数及整车参数的确定整车结构参数的确定a G （Kg ） g h (mm) L (mm) a (mm)b (mm)整备质量 1625 548 2690 1183.6 1506.4 总质量234075026901348.51341.5表中a G 表示汽车空载或满载时的总质量；g h 表示汽车空载或满载时的质心高度；a 表示汽车空载或满载时质心距前轮的距离；b 表示汽车空载或满载时质心距后轮的距离；L 表示汽车的轴距；另外，车轮半径=R 314mm 。

制动器主要结构参数与摩擦系数制动鼓半径：135=r mm ；支销至轮心的距离(k,c)：领蹄（29，98），从蹄（29，98）； 促动力至轮心的距离：=a 105mm ；衬片起始角：领蹄=10β40°，从蹄=20β25°； 衬片包角： 领蹄=1β110°，从蹄=2β100°； 摩擦衬片宽度：=b 55mm ； 摩擦系数为：=f 0.35；制动盘有效作用半径：=e r 98.73mm ； 总泵直径：=0d 23.8mm ； 后分泵管路直径：=2d 23.81mm ； 前分泵管路直径：=1d 60mm ； 踏板杠杆比：=i 4； 驱动系统效率：=η0.92；确定制动力分配系数设制动器液压管路的油压为0P ， 则前制动轮缸的制动压力为：210)2/(d P P π=≈0.002830P后制动轮缸的制动压力为：22021')2/(d P P P P π===≈0.000450P对于盘式制动器，在衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，并且在各处的单位压力分布均匀的情况下，则盘式制动器的制动力矩为e f fNr T 2=式中：f ——摩擦系数；N ——单侧制动块对制动盘的压紧力；e r ——制动盘有效作用半径。

又因为，210)2/(d P P N π===0.002830P所以有e f r fP T 21=0000195406.0P =计算后轮力矩如图2所示，为了求得法向压力1N 与张开力P 的关系，写出制动蹄上力的平衡方程式：｛0)sin (cos cos 11'11111101=+-=+-+N f c S a P f N S P x x ρδδα式中：x S 1——支承反力在1x 轴上的投影；1δ——1x 轴与1N 的作用线之间的夹角。

制动器的设计计算制动器是用来减速和停止运动物体的一种装置。

在设计制动器时，需要考虑以下几个因素：制动力的大小、制动距离的要求、制动器材料的选型、热力学效应以及制动器的结构设计等等。

首先，要确定所需的制动力大小。

制动力是指制动器施加在运动物体上的力，它的大小决定了物体的减速度和停止的时间。

根据实际需求和应用场景，可以通过以下公式计算制动力：制动力=质量×减速度其中，质量是指运动物体的质量，减速度是要达到的减速度。

根据这个制动力，可以选择适当的制动器结构和材料。

其次，要确定制动距离的要求。

制动距离是指从开始制动到停止的距离，它的大小决定了制动器制动的效果和占用的空间。

制动距离可以通过以下公式计算：制动距离=初始速度²/(2×减速度)其中，初始速度是运动物体开始制动时的速度，减速度是物体的减速度。

根据这个制动距离，可以调整制动器结构和制动参数的设计。

然后，要选择适当的制动器材料。

制动器材料需要具备一定的强度、硬度和耐磨性，以保证制动效果和使用寿命。

常见的制动器材料包括金属、陶瓷和复合材料等。

选择合适的材料还需要考虑制动温度的影响，因为制动过程中会产生大量的热量，可能导致制动器材料的热膨胀、软化或者燃烧。

最后，要进行制动器的结构设计。

制动器的结构设计包括选择合适的制动器类型（如摩擦制动器、液力制动器和电磁制动器等），确定制动器的安装位置和方式，设计制动器的摩擦面积和接触面形状等。

结构设计需要考虑制动器的尺寸、重量和安装方便性，以保证制动器能够稳定可靠地工作。

在制动器设计的过程中，还需要考虑一些其他的因素，如制动器的可靠性、维修性以及制动器和运动物体之间的适配性。

制动器的设计是一个综合考虑各种因素的过程，需要进行合理的计算和模拟分析，并结合实际的试验验证。

制动器设计及计算实例制动器是一种用于车辆或机械设备上的重要安全装置，用于减速、停止或保持其运动状态。

其设计和计算涉及到多个方面的因素，包括制动力的大小、刹车盘的尺寸和材料、制动液的压力等。

下面将通过一个实例来介绍制动器的设计及计算。

假设我们需要设计一个汽车的制动器，首先我们需要确定以下几个参数：1. 汽车的质量：假设汽车的质量为1500kg；2.最大限制加速度：假设最大限制加速度为4m/s^2；3.停车的时间：假设停车的时间为3秒。

基于以上参数，我们可以计算出汽车需要的制动力：制动力=汽车质量×最大限制加速度= 1500kg × 4m/s^2=6000N接下来，我们需要设计制动盘的尺寸和材料。

制动盘的直径和厚度会影响其散热性能和制动力的传递效果。

一般而言，制动盘的直径越大，制动力就越好，但也会增加重量和成本。

制动盘的材料通常选择具有良好耐磨性和散热性能的金属材料，如铸铁或复合材料。

假设我们选择了铸铁制动盘，并给定以下参数：1. 制动盘的直径：假设制动盘的直径为300mm；2. 制动盘的厚度：假设制动盘的厚度为40mm；根据制动盘的直径和厚度，我们可以计算制动盘的转动惯量：转动惯量=(1/2)×制动盘的质量×(制动盘的直径/2)^2=(1/2)×制动盘的质量×(0.15m)^2根据实际情况，制动盘的质量需要根据制动盘的材料、直径和厚度来选择。

为了方便计算，假设制动盘的质量为20kg。

转动惯量= (1/2) × 20kg × (0.15m)^2= 0.45kg·m^2接下来，我们需要选择适当的制动液和计算所需的制动液压力。

制动液在制动器中起到传递力和控制制动器放松的作用。

制动液需要具有良好的抗压性、稳定性和耐高温性能。

假设我们选择了常用的DOT4制动液，并给定以下参数：1.制动液的抗压性比：假设制动液的抗压性比为10：1；2.需要的制动力：假设需要的制动力为6000N。

制动扭矩： 领蹄：111ϕ∂⨯⨯=K r F M δ从蹄：222ϕ∂⨯⨯=K r F M α求出1ϕ∂K 、2ϕ∂K 、1F 、 βθ2F 就可以根据μ计算出制 动器的制动扭矩。

一．制动器制动效能系数1ϕ∂K 、2ϕ∂K 的计算1．制动器蹄片主要参数：长度尺寸：A 、B 、C 、D 、r （制动鼓内径）、b （蹄片宽）如图1所示； 角度尺寸：β、e （蹄片包角）、α（蹄片轴中心---毂中心连线的垂线和包角平分线的夹角，即最大单位压力线包角平分线的夹角，随磨擦片磨损而增大）；μ为蹄片与制动鼓间磨擦系数。

2．求制动效能系数的几个要点1）制动时磨擦片与制动鼓全面接触，单位压力的大小呈正弦曲线分布，如图2，m axP 位于蹄片轴中心---毂中心连线的垂线方向，其它各点的单位压力σsinmax ⨯=P P ；2）通过微积分计算，将制动鼓 与磨擦片之间的单位压 力换算成一个等效压力， 求出等效压力的方向σ 和力的作用点1Z 、2Z （1OZ 、2OZ ），等效力 P 所产生的摩擦力1XOZ （等于μ⨯P ）即扭矩(需建立M 和蹄片平台受力F 之间的关系)；实际计算必须找出M 与F 之间的关系式：ϕ∂⨯⨯=K r F M3)制动扭矩计算蹄片受力如图3： a. 三力平衡领蹄：111OE H M ⨯=从蹄：222OE H M ⨯=b. 通过对蹄片受力平衡分析（对L 点取力矩）()1111G L H b a F ⨯=+⨯()1111/G L b a F H +⨯=∴()11111/G L OE b a F M ⨯+⨯=111ϕ∂⨯⨯=K r F M∴ 1111G L OE r B A K ⨯+=∂ϕ 同理： 2222G L OE r B A K ⨯+=∂ϕc. 通过图解分析求出1OE 、2OE 、11G L 、22G L 与制动器参数之间的关系，就可以计算出1ϕ∂K 、1ϕ∂K 。

3．具体计算方法： 11-⨯=∂ργϕKl K ； 1'2+⨯=∂ργϕKl KrBA l +=； rC B K 22+=1) 在包角平分线上作辅助圆，求Z.圆心通过O 点，直径＝ee e r sin 2sin4+⨯画出σ角线与辅助圆交点，即Z 点等效法向分力作用点。

制动器的计算分析整车参数2、制动器的计算分析2.1前制动器制动力前制动器规格为ɸ310×100mm，铸造底板，采用无石棉摩擦片，制动调整臂臂长，气室有效面积。

当工作压力为P=6×105Pa时，前制动器产生的制动力：F1=2*A c*L/a*BF*ɳ*R/R e*P桥厂提供数据在P=6×105Pa时，单个制动器最大制动力为F1=3255kgf以上各式中：A c—气室有效面积L—调整臂长度a—凸轮基圆直径BF—制动器效能因数R—制动鼓半径R e—车轮滚动半径ɳ—制动系效率P—工作压力2.2后制动器制动力后制动器规格为ɸ310×100mm，铸造底板，采用无石棉摩擦片，制动调整臂臂长，气室有效面积。

当工作压力为P=6×105Pa时，前制动器产生的制动力：F2=2*A c*L/a*BF*ɳ*R/R e*P桥厂提供数据在P=6×105Pa时，单个制动器最大制动力为F2 =3467kgf2.3满载制动时的地面附着力满载制动时的地面附着力是地面能够提供给车轮的最大制动力，正常情况下制动气制动力大于地面附着力是判断整车制动力是否足够的一个标准。

地面附着力除了与整车参数有关之外，还与地面的附着系数有关，在正常的沥青路面上制动时，附着系数ϕ值一般在0.5~0.8之间，我们现在按照路面附着系数为0.7来计算前后地面附着力：F ϕ前=G 满1×ϕ+G hgL×ϕ2=2200×0.7+6000×6123300×0.72=2002kgfF ϕ后=G 满2×ϕ-GhgL×ϕ2=3800×0.7-6000×9463300×0.72=1487kgf因为前面计算的前后制动器最大制动力分别为F1=3255kgfF2=3467kgf3、制动器热容量、比摩擦力的计算分析 3.1单个制动器的比能量耗散率的计算分析 前制动器的衬片面积A 1=2×πR 1×w1180×L 1=mm 2式中（L 1=100mm 摩擦片的宽度 w 1=110°） 后制动器的衬片面积A 2=2×πR 2×w2180×L 2=mm 2式中（L 2=100m m 摩擦片的宽度 w2=） 比能量耗散率e 1=GV 124tA 1β= e 2=GV 124tA 2β=上式中：G —满载汽车总质量V 1—制动初速度，计算时取V 1=18m/s β—满载制动力分配系数 t —制动时间，计算时取t=3.06s鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8W/mm 2为宜，故该制动器的比能量耗散率满足要求。

§3 制动器的设计计算3.3制动蹄上的压力分布规律与制动力矩的简化计算1.沿蹄片长度方向的压力分布规律用解析方法计算沿蹄片长度方向的压力分布规律比较困难，因为除了摩擦衬片有弹性容易变形外，制动鼓、制动蹄以及支承也都有弹性变形。

通常在近似计算中只考虑衬片径向变形的影响，其他零件变形的影响较小，可以忽略不计。

制动蹄可设计成一个自由度和两个自由度的(见图37)形式。

首先计算有两个自由度的增势蹄摩擦衬片的径向变形规律。

为此，取制动鼓中心O点为坐标原点，如图37所示，并让y 1坐标轴通过制动蹄的瞬时转动中心A 1点。

制动时，由于摩擦衬片变形，制动蹄在绕瞬时转动中心A 1转动的同时，还顺着摩擦力作用方向沿支承面移动。

结果使制动蹄中心位于点，因而可以想象未变形的摩擦衬片的表面轮廓(EE 1O l 线)就沿方向移人制动鼓体内。

显然，衬片表面上所有点在这个方向上的变形是相同的。

例如，位于半径，上的任意点的变形就是线段。

因此，对于该点的径向变形为1OO 1OB 1B '11B B 1'11111cos Ψ≈=B B C B δ由于 和ο90)(111−+=Ψαϕmax 11'11δ==OO B B 于是得到增势蹄的径向变形1δ和压力为1q )sin(11max 11ϕαδδ+≈)sin(11max 1ϕα+=q q （43）式中 1α——任意半径1OB 和轴之间的夹角；1y 1ϕ——最大压力线与轴之间的夹角；1OO 1x 1ψ——半径和线之间的夹角。

1OB 1OO 下面再计算有一个自由度的增势蹄摩擦衬片的径向变形规律。

此时摩擦衬片在张开力和摩擦力的作用下，绕支承销中心A 1转动γd 角(见图37(b))。

摩擦衬片表面任意点沿制动蹄转动的切线方向的变形即为线段，其径向变形分量是线段，在半径延长线上的投影，即线段。

由于1B '11B B '11B B 1OB 1BB γd 角很小，可以认为，则所求的摩擦衬片径向变形为°=∠90'111B B Aγγγδd B A B B C B ⋅===sin sin 11'11111 考虑到，则由等腰三角形可知R OB OA =≈1111OB A γαsin /sin /11R B A = 代入上式，得摩擦衬片的径向变形和压力分别为γαδd R sin 1=αsin max 11q q = （44）综合上述可以认为：对于尚未磨合的新制动蹄衬片，沿其长度方向的压力分布符合正弦曲线规律，可用式(43)和式(44)计算。

制动器设计的计算过程钳盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好，在各种路面都有良好的制动表现。

将越来越多地应用于轮式装载机的制动系统设计中。

目前，轮式装载机制动系统的设计有两大发展有两大发展趋势。

其一是行车制动起向封闭式湿式全盘式发展。

这种制动器全封闭防水防尘，制动性能稳定，耐磨损使用寿命长，不需调整。

散热效果良好，摩擦副温度显著降低。

不增大径向尺寸的前提下改变摩擦盘数量，可调节制动力矩，实现系列化标准化。

其二是制动传动装置由气推油向全液压动力制动发展。

这种制动装置的制动踏板直接操纵制动液压阀，可省去气动元件，结构简单紧凑，冬季不会冻结，不需放水保养，阀和管路不会锈蚀，制动可靠性提高。

所以在轮式装载机的制动系统中被越来越多地得到应用。

本文对此系统的设计计算方法和步骤简单介绍。

1 假设条件和制动性能要求1.1 假设条件忽略空气阻力，并假定四轮的制动器制动力矩相等且同时起作用；驻车制动器制动力矩作用于变速器的输出端或驱动桥的输入端。

1.2 制动性能要求1.2.1 对制动距离的要求根据GB8532-87（与ISO 3450-85等效），非公路行驶机械的制动距离的（水平路面）要求如表1。

表1 非公路行驶机械的制动距离最高车速(km/h) 最大质量(kg) 行车制动系统的制动距离(m) 辅助制动系统的制动距离(m)≥32/ θ≤32000 V2/68+（V2/124）.（G/32000） V2/39+（V2/130）.（G/32000）≥32000 V2/44 V2/30≤32 / θ≤32000 V2/68+（V2/124）.（G/32000）+0.1(32-V) V2/39+（V2/130）.（G/32000）+0.1(32-V)≥32000 V2/44+0.1(32-V) V2/30+0.1(32-V)* V——制动初速度（Km/h） G——整机工作质量（kg）1.2.2 对行车系统的性能要求除了满足制动距离要求外，还要求行车制动系统能满足装载机空载在25%（14.0）的坡度上停住。

第四节制动器的设计与计算一、鼓式制动器的设计计算1．压力沿衬片长度方向的分布规律除摩擦衬片因有弹性容易变形外，制动鼓、蹄片和支承也有变形，所以计算法向压力在摩擦衬片上的分布规律比较困难。

通常只考虑衬片径向变形的影响，其它零件变形的影响较小而忽略不计。

制动蹄有一个自由度和两个自由度之分。

首先计算有两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律。

如图8—8a所示，将坐标原点取在制动鼓中心O点。

y I坐标轴线通过蹄片的瞬时转动中心A1点。

制动时，由于摩擦衬片变形，蹄片一面绕瞬时转动中心转动，同时还顺着摩擦力作用的方向沿支承面移动。

结果蹄片中心位于O1点，因而未变形的摩擦衬片的表面轮廓(E1E1线)，就沿OO1方向移动进入制动鼓内。

显然，表面上所有点在这个方向上的变形是一样的。

位于半径OB l上的任意点B1的变形就是B1B’1线段，所以同样一些点的径向变形δ1为δ1=B1C1≈B1B’1cosψ1考虑到ψ1≈(φ1+α1—90º)和B1B’1=001=δ1max所以对于紧蹄的径向变形δ1和压力p1为：式中，α1为任意半径OB l和y1轴之间的夹角；Ψl为半径OBi和最大压力线001之间的夹角；φ1为х1轴和最大压力线001之间的夹角。

其次计算有一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律。

如图8—8b 所示，此时蹄片在张开力和摩擦力作用下，绕支承销A 1转动d γ角。

摩擦衬片表面任意点B l 沿蹄片转动的切线方向的变形就是线段B 1B ’1，其径向变形分量是这个线段在半径OB 1延长线上的投影，即为B 1C 1线段。

由于d γ很小，可认为∠A 1B 1B ’1=90º，故所求摩擦衬片的变形应为δ1=B 1C 1=B 1B’1sin γ1=A 1B 1sin γ1d γ考虑到OA l ～OB 1=R.那么分析等腰三角形A l OB 1，则有A 1月l ／sin α=R ／sin7，所以表面的径向变形和压力为γαδd R sin 1=αsin max 1p p = (8—2)综上所述可知，新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律，可用式(8—1)和式(8—2)计算。

制动系统计算分析一制动技术条件：1. 行车制动：2. 应急制动：3. 驻车制动：在空载状态下，驻车制动装置应能保证机动车在坡度20%（对总质量为整备质量的1.2倍以下的机动车为15%），轮胎与地面的附着系数不小于0.7的坡道上正反两个方向上保持不动，其时间不应少于5分钟。

二制动器选型1.最大制动力矩的确定根据同步附着系数和整车参数，确定前后轴所需制动力矩的范围，最大制动力是汽车附着质量被完全利用的条件下获得的，设良好路面附着系数φ=0.7。

满载情况下，确定前后轴制动器所需要的最大制动力矩。

为：前轴Mu1=G*φ(b+φ*h g)*r e /L (N.m)后轴Mu2=G*φ(a-φ*h g)*r e /L (N.m)或者Mu1=β/(1-β)* Mu2 【β=(φ*h g+b)/L】其中r e -轮胎有效半径a-质心到前轴的距离b-质心到后轴的距离h g -质心高度L-轴距φ-良好路面附着系数G-满载总重量（N；g=9.8m/s2）同理：空载亦如此。

前轴；Mu11 后轴：Mu21根据满载和空载的情况，确定最大制动力矩，此力满足最大值。

所以：前轮制动器制动力矩（单个）≥Mu1或Mu11/2后轮制动器制动力矩（单个）≥Mu2或Mu21/22.行车制动性能计算（满载情况下）已知参数：前桥最大制动力矩Tu1(N.m) 单个制动器后桥最大制动力矩Tu2(N.m) 单个制动器满载整车总质量M（kg）①整车制动力Mu1= Tu1*φ*2 (N.m)Mu2= Tu2*φ*2 (N.m)Fu= (Mu1+ Mu2)/r e (N)②制动减速度a b=Fu/M (m/s2)③制动距离S= U a0*(t21+ t211 /2)/3.6+ U a02 /25.92* a b其中：U a0 (km/h)-制动初速度，t21+ t211 /2 为气压制动系制动系作用时间（一般在0.3-0.9s）3.驻车制动性能计算满载下坡停驻时后轴车轮的附着力矩：MfMf=M*g*φ(a*cosα/L -h g*sinα/L)*r e (N.m)其中附着系数φ=0.7 坡度20%（α=11.31o）在20%坡上的下滑力矩：M滑M滑=M*g*sinα*r e (N.m)驻车度α=11.31o则Mf>M滑时，满足驻车要求。