制动盘优化设计原稿

交通与汽车工程学院课程论文说明书

课程名称: 车辆工程专业科技创新实践活动课程代码: 3510429

题目: 制动盘优化设计

年级/专业/班: 2011级/车辆工程/汽设一班

学生姓名:

学号: 6117

开始时间:2014 年03 月18 日

完成时间:2014 年05 月25 日课程论文成绩：

学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际

能力（20）

创新（5）

说明书（计算书、图纸、分析

报告）撰写质量（45）

总分

（100）

指导教师签名：年月日

前言 (1)

1汽车刹车盘国外研究现状与目标 (1)

1.1国外研究现状 (1)

1.2国研究现状 (2)

2制动盘组织分析与性能要求 (2)

3制动盘温升对摩擦系数的影响 (3)

4制动盘直径D (3)

5制动盘厚度h (3)

6 制动盘常存在的问题 (4)

6.1气孔 (4)

6.2缩松 (4)

6.3砂眼缺陷 (4)

7制动盘catia图形 (4)

结论 (7)

致 (7)

参考文献 (8)

前言

汽车的设计与生产涉及到许多领域，其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。本次设计的主要容就是运输车辆中的制动器，目前广泛使用的是摩擦式制动器，摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分成鼓式、盘式和带式三种。其中盘式制动器较为广泛。盘式制动器有着制动效果更好，不易受外界条件影响，且制动较平稳等优势。

1汽车刹车盘国外研究现状与目标

制动盘在汽车的制动系统中发挥着至关重要的作用，性能优良的制动盘是汽车安全行驶的前提条件之一。虽然经过多年的应用与发展，但是从早期的石棉制动盘到目前广泛使用的铸铁制动盘，在环保、质量等方面都存在一些缺陷，并不能完全满足市场需求。汽车产业的迅猛发展，汽车产量的大幅度增加，降低能源消耗、加强环境保护对汽车用材料轻量化的要求，迫使人们不停的开展对汽车制动盘的研究。

1.1国外研究现状

国外早期的制动盘是用石棉纤维填充酚醛树脂制造而成的，其中石棉由硅酸盐矿物质得，含有一定数量的结晶水。由于强制制动时制动盘表面瞬间温度可达到500到600摄氏度，所含的结晶水快速遗失，往往造成制动盘制动性能发生热衰退，同时制动盘自身磨损，再加上石棉在加工、使用中其粉尘具有致癌作用，因此石棉制动盘渐渐被禁用。

从20世纪60年代开始，美、欧、日等国家大面积推广使用的第二代刹车盘是半金属石墨复合材料制造的一。其主要成分是钢纤维、石墨、金属粉及其辅料，用改性酚醛树腊粘结成型。半金属刹车盘比石棉刹车盘耐磨性提高25％以上，摩擦系数高、导热性好加工易成型。同时，这种刹车盘也出现钢纤维在潮湿环境中易生锈、刹车时噪音大等缺点。

后来，由于铸铁具有一定的强度和良好的耐磨性，材料和制造成本都较低，长期以来一直是汽车刹车盘使用的材料。为了提高铸铁的强度和耐热性，避免使用过程中的“热裂”，在铸铁中加入Ni、Cu、Mo、Cr等合金元素。世界各国所采用刹车盘铸铁材料各有不同。英、美等国主要用高碳低合金铸铁（C>7.36％，Si<1.5％，含Mo、Cu或Ni等元素）；前联则采用Cr、Ni、Mo的合金铸铁，其碳含量为3.2％～3.5％，硅含量为1.9％～2.5％。蠕墨铸铁具有良好的热疲劳抗力，因此国外在80年代中后期对其在制动器上的应用开始了研究。

近十多年来，用金属基复合材料制造汽车刹车盘的报道很多。在材料方面，1986年开始用真空搅拌混合专利技术生产可重熔的颗粒增强铝基复合材料铸锭，铸锭重熔后，采用砂型、金属型、熔模、消失模、压铸、挤压铸造等工艺生产形状复杂、表面光洁、尺寸精确的高质量铸件。研究表明，含25％SiC的铝基复合材料，其模量、强度、导热性都明显优于HT200，而重量减轻50％～60％。SiC颗粒能明显提高基体的耐磨性能。相比研究，复合材料的耐磨性明显优于基体合金，也优于铸铁。研究“表明颗粒增强铝基复合材料刹车盘的主要优点是可使重量比铸铁件减少50％～60％，减小了惯性力，增加了制动的加速度，以致减少刹车距离。

1.2国研究现状

由于国汽车发展较晚，对制动盘的着手程度也比不上国外，其中对铸铁的研究比较多，而有关铝基复合材料刹车盘的报道很少见到。

从国外汽车刹车盘的研究与使用现状及发展趋势来看，铝基复合材料汽车刹车盘是今后的主要发展方向，同时，国的研究与国外的研究相比，差距较大。很有必要开展这项研究工作。

2制动盘组织分析与性能要求

制动盘及其材料不仅要求高的安全可靠性，即足够的强度和刚度、好的耐磨性能和耐热疲劳性能，还要求一定的摩擦制动性能，即摩擦系数高而稳定，受速度和环境变化的影响小，保证列车在任何条件下以一定的减速度并在规定的制动距离停车。此外，特别是随着高速列车的发展，减轻列车重量，尤其是减少列车的簧下质量（如制动盘的重量），改善列车的运行品质，降低运营成本，已经成为高速列车的重要技术问题之一。

3制动盘温升对摩擦系数的影响

在轿车高速运行或较长坡路的制动情况下，铸铁制动盘因制动摩擦发热而使其表面温度高达700℃，这一温度远远高于一般铝合金的熔点。然而，大量试验数据表明，SiC颗粒增强铝基复合材料的导热系数约为HT250铸铁的四倍，比热约为HT250铸铁的2倍，因而在制动过程中复合材料制动盘的表面温升低于铸铁制动盘。当然这还与制动盘的大小尺寸，实心、空心有关。

4制动盘直径D

制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70％一79％。总质量大于2t的汽车应取上限。根据汽车设计老师和本人查阅的资料，本次设计制动盘的直径定为320mm。

5制动盘厚度h

制动盘厚度对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小些，制动盘厚度不宜取得很大；为了降低温度，制动盘厚度又不宜取得过小。制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实心制动盘厚度可取为10—20mm，通风式制动盘厚度取为20～50mm，采用较多的是20—30mm。在高速运动下紧急制动, 制动盘会形成热变形, 产生颤抖。为提高制动盘摩擦面的散热性能, 大多把制动盘做成中间空洞的通风式制动盘, 这样可使制动盘温度降低20 %～30 %。本次设计考虑到安全可靠性，采用实心，厚度为20mm，并带有部分对称性散热小孔以达到缓解成热变形状况。

6 制动盘常存在的问题

6.1气孔

气孔是刹车盘铸件最常见的缺陷之一，刹车盘铸件小而壁薄，冷却、凝固速度快，发生析出性气孔和反应性气孔的可能性不大。而合脂油粘结剂砂芯的发气量大，如果铸型水分含量高，这两个因素常常会导致铸件产生侵入性气孔。