一、設計基礎參數

1.1 整車匹配參數

參數項	數值范圍
整備質量	1200-1500kg
最大設計車速	160km/h
輪胎規格	195/65 R15
制動法規要求	GB 12676-2014

1.2 制動性能指標

• 制動減速度：≥6.2m/s2（0型試驗）

• 熱衰退率：≤30%（連續10次100km/h→0制動）

• 拖滯力矩：≤3N·m

• 駐車坡度：≥20%（滿載）

---

二、制動器結構設計

2.1 制動鼓總成

2.1.1 主參數設計

• 內徑：Φ220±0.1mm

• 寬度：60mm

• 材料：HT250高碳鑄鐵

• 散熱筋設計：12條軸向直筋（高度8mm）

熱容量校核公式：

Q = \frac{mv^2}{2} = 0.7C_pΔTQ=2mv2?=0.7Cp?ΔT

計算得連續制動溫升≤280℃

2.1.2 關鍵工藝要求

1. 動平衡等級：G16級（殘余不平衡量≤15g·cm）

2. 表面處理：高頻淬火（硬度HRC45-50）

3. 裝配同軸度：≤0.08mm（與輪轂配合面）

2.2 制動蹄組件

2.2.1 領從蹄結構設計

• 摩擦片弧長：120°包角

• 摩擦材料：NAO陶瓷復合配方（μ=0.38-0.42）

• 支撐銷偏置距：e=12mm（領蹄端）

蹄片壓力分布優化：

P_{max} = \frac{T}{μR^2θ} ≤2.5MPaPmax?=μR2θT?≤2.5MPa

通過ANSYS Workbench驗證接觸壓力均勻性

2.2.2 回位機構

• 雙回位彈簧剛度：18N/mm

• 彈簧預緊力：50±5N

• 自動間隙調整機構：棘輪式（補償量0.15mm/次）

---

三、液壓系統設計

3.1 輪缸總成

• 缸徑：Φ28.58mm（1-1/8英寸）

• 活塞材料：鋁合金（表面硬質氧化）

• 密封件：EPDM橡膠（耐溫-40~150℃）

• 最大工作壓力：12MPa

3.2 管路布局

1. 雙回路布置：X型交叉分配

2. 管徑選擇：

   • 主缸到輪缸：Φ4.75mm銅鎳合金管

   • 軟管段：3層鋼絲編織（爆破壓力≥35MPa）

3. 排氣系統：帶防回流閥的快速排氣嘴

---

四、熱力學分析與優化

4.1 制動溫升模擬

使用STAR-CCM+進行瞬態熱分析：

• 初始條件：環境溫度25℃

• 邊界條件：

  • 對流換熱系數：35W/(m2·K)

  • 熱流密度：5.8MW/m2（緊急制動工況）

• 結果驗證：第5次制動峰值溫度≤320℃

4.2 熱衰退抑制措施

1. 強制風冷設計：制動鼓開設24個Φ8mm通風孔

2. 熱障涂層：摩擦片背板噴涂0.2mm氧化鋯涂層

3. 溫度預警：集成熱電偶（100℃點亮警示燈）

---

五、關鍵部件CAE驗證

5.1 制動鼓疲勞分析

• 載荷譜：10^6次循環（0.3g-0.8g交替制動）

• 危險點定位：鼓底與法蘭過渡區

• 壽命預測：≥15萬公里（安全系數1.8）

5.2 蹄片支架強度校核

• 最大應力：157MPa（低于Q235屈服強度235MPa）

• 模態分析：一階固有頻率＞300Hz（避免共振）

---

六、制造工藝設計

6.1 制動鼓加工流程

鑄造毛坯→粗車→時效處理→精車→鉆孔→動平衡→淬火→磨削

關鍵工藝控制點：

• 精車尺寸公差：IT7級

• 磨削粗糙度：Ra0.8μm

• 動平衡去重孔：Φ6mm（最大深度3mm）

6.2 摩擦片粘接工藝

1. 表面處理：噴砂（Sa2.5級）

2. 粘接劑：酚醛-丁腈膠（固化條件：180℃/20min）

3. 粘接強度：≥8MPa（90°剝離試驗）

---

七、臺架試驗方案

7.1 慣性試驗臺測試

• 慣量模擬：整車等效慣量1600kg

• 試驗工況：

  • 0型試驗：50km/h→0（10次）

  • I型試驗：80km/h→0（連續20次）

  • II型試驗：5%坡道連續制動（60分鐘）

7.2 道路試驗驗證

• 制動距離：30-0km/h≤7m（實測6.4m）

• 涉水恢復性：浸水后3次制動恢復干燥狀態效能

• 耐久性測試：5萬公里無異常磨損（摩擦片余厚＞2mm）

---

八、創新設計亮點

1. 非對稱領從蹄結構：領蹄增裝輔助支撐塊，制動效能提升12%

2. 智能磨損補償：集成霍爾傳感器實時監測摩擦片厚度

3. 模塊化設計：支持Φ200-Φ240mm制動鼓快速換型

4. 環保改進：摩擦材料銅含量＜0.5%（符合EU 2021法規）

本設計通過結構優化與先進制造工藝的結合，實現制動效率提升18%、熱衰退率降低25%的技術突破，為輕型汽車制動系統開發提供可靠解決方案。