3.3摩擦衬片的磨损特性计算

摩擦衬片的磨损与摩擦副的材质，表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。 汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬片（衬块）的磨损亦愈严重。

双轴汽车的单个前轮制动器的比能量耗散率为：

2)1?ma(v12?v2e1??22tA1

式中：?：汽车回转质量换算系数，紧急制动时v2?0，??1；

ma：汽车总质量；

v1，v2：汽车制动初速度与终速度（m/s）；计算时轿车v1取27.8m/

s；

t：制动时间，s；按下式计算 t?v1?v227.8??4.6s j62 j：制动减速度，m/s， j?0.6?g?0.6?10?6m/s2；

A1：前轮制动器衬片的摩擦面积； A1=7600mm

2 ?：制动力分配系数。

1mav121550?27.82则e1?????0.67=5.7w/mm2

22tA12?2?4.6?76002w/mm轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于6.0，故符合要求。

若摩擦衬片压力与制动盘面接触良好，且各处单位压力分布均匀，则在钳盘式制动器扇形摩擦衬面上任取一微小面积:dA = RdRdθ,在这微小面积上产生的微摩擦力矩为:dM=qRμdA=μqR2dRdθ,式中q为摩擦片与制动盘之间的单位面积上的压力，μ为摩擦片的摩擦系数，则单侧摩擦片作用于制动盘上的制动力矩为可由下式积分求得:M'=?R2R1???/2?/2μpR2dRdθ=?R2R11θμpR2dR=μp?(R23-R13)（N.m）

3则盘式制动器的总制动力矩为：M=4.性能约束

2μq?(R23-R13) 3(1)制动力矩约束：汽车制动器制动力矩应该小于地面的摩擦力矩，否则会发生车轮抱死现象而产生侧滑，从而失去稳定性 ，即：M?式中：?：路面附着系数；

G：整车重量(N)；

1G??re 2?：制动力分配系数；

re：车轮有效半径。

(2)摩擦片压力约束：摩擦片应达到要求的耐磨性或使用寿命，对于摩擦片最大许用单位压力[P]，一般按经验取值，因此，摩擦片单位面积压力不得超过许用单位压力[P]，即：

?d42221?dp?p<[P]

12(R?R)?(R?R)?22222121(3)比能量耗散率约束：如果比能量耗散率过高，不仅会加快制动摩擦片的磨损，而且可能引起制动盘的龟裂，因此所施加的约束为：

mav11mav12e1??????[e]（W/mm） 2222tA12t(R2?R1)?式中：m：整车质量(kg)；

[e]：盘式制动器时，取6．0W/mm； T：为制动时间。 (4)制动盘一次制动的温升： △T=GV2?/254C1M1?[△t]

2式中M1：制动盘的质量(Kg)M1=

?D2h4?,其中?为制动盘的密度7900㎏/m3

C1：制动盘的热容量J/(Kg·K)对钢和铸铁取C=523J/(Kg.K); V：制动初速度(Km/h)取30Km/h

[△t]一次制动最大允许温升，一般不大于15℃即288.15K

(5)摩擦衬块面积：由于摩擦衬块单位面积占有的车辆质量在1.6kg/cm～-3.5kg/cm范围内选取。汽车空载质量为1550kg，前轮空载时地载荷为852.5kg，所以852.5/(3.5*4)cm

2222222222(6)结构约束

1) D?0.77Dh 2) R2+△l?D/2 3) Dg/2+△2?R1 4) 1.27?R2/Rl?1.63 其中：Dh：轮辋直径(mm)；

Dg：轮毂直径(mm)；

△1、△2：分别为结构设计空间裕量(mm)。

浮钳盘式制动器主要部件结构的确定

制动盘

盘式制动器的制动盘有两个主要部分：轮毂和制动表面。轮毂是安装车轮的部位，内装有轴承。制动表面是制动盘两侧的加工表面。它被加工得很仔细，为制动摩擦块提供摩擦接触面。整个制动盘一般由铸铁铸成。铸铁能提供优良的摩擦面。制动盘装车轮的一侧称为外侧，另一侧朝向车轮中心，称为内侧。

按轮毂结构分类，制动盘有两种常用型式。带毂的制动盘有个整体式毂。在这种结构中，轮毂与制动盘的其余部分铸成单体件。

另一种型式轮毂与盘侧制成两个独立件。轮毂用轴承装到车轴上。车论凸耳螺栓通过轮毂，再通过制动盘毂法兰配装。这种型式制动盘称为无毂制动盘。这种型式的优点是制动盘便宜些。制动面磨损超过加工极限时能很容易更换。 本设计采用的是第二种型式。

制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，或用添加Cr，Ni等的合金铸铁制成。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，

钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘这样可大大地增加散热面积，降低温升约20％~30％，但盘的整体厚度较厚。而一般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在l0m~13mm之间。本次设计采用的材料为HT250。

制动盘的工作表面应光洁平整，制造时应严格控制表面的跳动量，两侧表面的平行度（厚度差）及制动盘的不平衡量。根据有关文献规定：制动盘两侧表面不平行度不应大于0.008mm,盘的表面摆差不应大于0.1mm；制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm。

制动钳

制动钳由可锻铸铁KTH370－12或球墨铸铁QT400－18制造，也有用轻合金制造的，例如用铝合金压铸。可做成整体的，也可做成两半并由螺栓连接。其外缘留有开口，以便不必拆下制动钳便可检查或更换制动块。制动钳体应有高的强度和刚度。在钳体中加工出制动油缸。为了减少传给制动液的热量，将活塞的开口端顶靠制动块的背板。活塞由铸铝合金制造，为了提高耐磨损性能，活塞的工作表面进行镀铬处理。为了解决因制动钳体由铝合金制造而减少传给制动液的热量的问题，应减小活塞与制动块背板的接触面积。

制动钳在汽车上的安装位置可在车轴的前方或后方。制动钳位于车轴前可避免轮胎甩出来的泥，水进入制动钳，位于车轴后则可减小制动时轮毂轴承的合成载荷。

制动块

制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。衬块多为扇面形，也有矩形、正方形或长圆形的。活塞应能压住尽量多的制动块面积，以免衬块发生卷角而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液汽化和减小制动噪声，可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘（或喷涂）一层隔热减震垫。由于单位压力大和工作温度高等原因，摩擦衬块的磨损