轻型客车盘式制动器设计及三维建模文献综述

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于2000文献综述：

１.制动器

1.1简介

制动器是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备（如矿井提升机、电梯等）则应装在靠近设备工作部分的低速轴上

路面对车轮施加一定的力，从而对其进行一定程度强制制动的一系列专门装置系统称为制动系统。其作用是使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车，或使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车或使下坡行驶的汽车速度保持稳定。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上与汽车行驶方向相反的外力，而这些外力大小都是随机的、不可控的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以实现上述功能。

１.２原理

汽车的制动过程实际上是一个能量转换过程，它把汽车行驶时产生的动能转换为热能。制动器是制动系中最主要的一个部件，是制动系统中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。制动器可分为盘式制动器和鼓式制动器，现代轿车上大都采用盘式制动器，原因有以下几点：首先，盘式制动器制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，制动效能远高于鼓式制动器，浸水后效能降低也较少，只须经一两次制动即可恢复正常。其次，高速行驶的汽车如果频繁使用制动器制动，制动器因摩擦会产生大量的热量，使制动器温度急剧升高，如果不能及时的为制动器散热，它的效率就会大大降低，影响制动性能，出现所谓的制动效能的热衰退现象，而使用盘式制动器的汽车，空气直接流经盘式制动器，故盘式制动器的散热性很好，热衰退现象比起鼓式的也好很多。另外，制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大。较容易实现间隙自动调整，其他维修作业也较简单。但是盘式制动器结构较鼓式制动器复杂，对制动钳、管路系统设计要求也比较高，而且造价高于鼓式制动器。

1.3盘式制动器应用

目前，在中高级轿车上前后轮都已经采用了盘式制动器。不过，时下还有不少经济型轿车采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器（即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器），这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为轿车在紧急制动时，负荷前移，对前轮制动的要求比较高，一般来说前轮用盘式制动器就够了。在货车上，盘式制动器也有被采用，但离完全取代鼓式制动器还有相当长的一段距离，比如说大部分轿车( 如夏利、吉利、神龙富康、 捷达)、微型车( 长安之星、昌河、丰田海狮)、轻卡(东 风小霸王、江铃、南京依维柯)、SUV 及皮卡( 湖南长 丰、江铃皮卡) 等采用前盘后鼓式混合制动器。但随着高速公路等级的提高,乘车档次的上升,特别是国家安全法规的强制实施, 前后轮都用盘式制动器将是一种发展趋势。　

3.国内外制动器

在国内外的盘式制动器研究中，早期侧重于试验研究其摩擦特性，随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高，有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行,如摩擦机理的研究、制动噪声的分析，这些都为盘式制动器结构的改进和优化提供了理论依据，另外现代汽车盘式制动器的研究和开发应注重的问题主要是,提高制动器的制动效能、防止尘污和锈蚀,减轻重量、简化结构、降低成本,电子报警和智能化系统的发展,实用性更强与寿命更长。下面结合设计和使用中存在的几个问题对其研究状况进行综述。

摩擦机理的研究：

摩擦的实质是机械运动转化为分子运动、机械能转化为热能，并遵从能量守恒定律。物体实际表面为粗糙表面，两个粗糙表面在千摩擦状态相互接触，其真实接触面积只占名义接触面积的一小部分。接触面的法向载荷由部分表面微凸峰承担。两固体相对运动时产生摩擦力，仅在接触点处是被摩擦直接加热的。马保吉等的研究表明，摩擦力的产生机理直接决定了摩擦热的产生机理。制动开始时，摩擦制动片在制动系管路压力的作用下夹紧制动盘，使盘片界面之间产生摩擦力。如果忽略材料磨损的影响，可认为制动器吸收的制动能量全部转换为热量。

研究摩擦力产生机理的目的在于，在分析制动副表面温度场时，能够对摩擦界面的热流边界条件提出更合理的假设。摩擦制动过程中产生的热量主要由两部分组成：一部分是摩擦表面的微凸体与接触界面的粘结和断裂及接触区域和周围材料的塑性变形产生的热量；另一部分是摩擦材料在一定温度下的热降解产生的热量。

第一部分中摩擦界面粘结的形成和断裂、接触区域的塑性变形及界面第三体的塑性变形等对摩擦能影响很大。研究表明，消耗在亚表层材料内的能量远远大于消耗于接触面上的能量，占摩擦热的绝大部分，且绝大部分转化为热量。树脂基复合摩擦材料在一定温度下会发生化学反应而降解，降解产物包括固体、液体和气体。在大气环境下，热降解过程是一种放热过程，因而成为摩擦制动中产生热量的一部分。

因此，摩擦制动过程中摩擦热主要产生在接触区域具有一定厚度的界面层而不是在接触表面，在温度场分析中，摩擦热应作为体积热而不应作为表面热流从接触表面输入，同时接触界面存在一定的接触热阻，界面的热特性不同于摩擦材料基体的热特性。

制动噪声的研究：

早期对制动尖叫现象一般简单地归结为当静摩擦系数大于动摩擦系数或动摩擦系数随相对滑动速度的变化率小于零时，制动系统的自激振动问题。

1980年，Felske用纯试验方法研究了鼓式制动器的制动尖叫，通过增加底板刚度，制动尖叫被成功抑制。进入2O世纪8O年代中后期，随着计算机技术的发展，逐步从简化模型进入对实际制动器结构的研究，定量地解释制动噪声的各类现象。

关于制动噪音的研究大多集中在于制动器（盘式、鼓式等)，其研究较成熟，有有限元、模态分析、结构闭环耦合模式等研究方法。蒋东鹰等借助有限元和模态综合技术建立了盘式制动器制动尖叫摩擦耦合模型，通过复特征分析，得到对应于每阶振动模态的阻尼与频率，模态阻尼值揭示了哪些模态不稳定并可能产生尖叫，最后运用耦合模型研究了摩擦系数和子结构模态对制动尖叫的影响。

管迪华等从馈入能量的角度探讨了制动尖叫噪声分析方法，在制动器摩擦闭环耦合模型的基础上，推导了系统尖叫模态的馈入能量计算方法。通过基于馈入能量的分析，可较直观地看出一些结构参数对制动噪声的影响，如摩擦系数、制动块形状、刚度及有重要影响的子结构模态振型，并有助于分析抑制噪声的结构修改方案。该方法对制动器结构振动噪声的分析具有指导意义。

目前，欧、美、日等发达国家已把盘式制动器作为标准件装备在多级别的轿车、客车、中型、重型汽车上。我国的轿车、微型车已广泛应用液压盘式制动器,但现生产厂家产品单一,配套市场狭窄,国内目前真正形成规模化生产企业寥寥无几。预计未来几年,盘式制动器在国内将会得到快速的推广和应用, 开发应用盘式制动器是现代汽车的发展趋势之一。

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