比亚迪F3制动系统设计

毕业设计（论文）中文摘要比亚迪F3轿车制动系统设计摘要：近年来，我国的汽车产业飞速发展，汽车的保有量也持续增长，随之而来的却是居高不下的事故率，因此汽车的安全问题已经成为汽车产业发展所必须考虑的重要问题之一，而汽车的制动系统无疑是汽车安全最重要的保障。简单说，汽车制动系统的功用是就使汽车以适当的减速度降速行驶直到停车,在下坡行驶时使汽车保持适当稳定的车速，使汽车安全地停在原地或坡道上。因此汽车制动系统的性能直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。本说明书主要介绍了比亚迪F3轿车的制动系统设计。首先介绍了汽车制动系统的发展、结构、分类等，并通过对鼓式制动器和盘式制动器的结构及优缺点进行比较分析。最终确定方案是采用液压双回路前盘后鼓式的制动器。除此之外，该说明书还介绍了前后制动器及制动主缸的设计与计算，主要部件的参数选择及制动管路布置形式等的设计过程。关键词：制动系统鼓式制动器盘式制动器液压双回路制动管路布置形式河北工业大学2011河北工业大学2011届毕业设计说明书#矿二2X根据公式 】其中：m——轮缸的数目V=2V"+2V诡=2焚2826+2x3925=13502mm‘制动主缸与工作容积设计计算制动主缸应有的工作容积匕=卩+卩'其中：V——全部轮缸的总的工作容积广一一制动软管在掖压下变形而引起的容积增量匕可取为1.1V轿车的制动主缸的工作容积可取为匕T・l*13502=14852.2*^3主缸直彳径姬和活塞行程So卩=_d2S根据公式：0400一般So=(Q8〜1叫 取So=do:布d=23，一o=26.65mm得0V，根据GB7524-87标准规定的尺寸中选取，则确定主缸直径为28mmS=d=28mm0 0制动踏板力与踏板行程9.1制动踏板力耳F=-d2P--根据公式：「40疽式中：d0 制动主缸活塞直径P——制动管路的液压站 制动踏板机构传动比；取站二4叩——制动踏板机构及制动主缸的机械效率，可取叩=0.85-0.95O取#=0.9314 11F=-—*282*10*106*—*一*10-6=1710NA700N根据上式得：「 4 40.9因此需要加装真空助力器。I%=L口式中： /——真空助力比，取4。砖=1710/4=427.5NY500N, 因此符合要求9.2制动踏板工作行程七X]f=矽（SK十Al十%）其中：古mi 主缸推杆与活塞的间隙，一般取1.5〜2mm；取^i=2mm占応一一主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所经过的行程；根据上式得：％一生"*2*刀=128mmV150mm, 故符合设计要求。制动系统结构设计⑸10.1前制动器前制动器为盘式，采用单缸浮动钳式结构。前制动器由制动盘、制动钳、车轮轴承及制动摩擦罩盘组成。下图1所示为比亚迪F3型轿车浮钳盘式制动器的剖视图。1-支架2-制动钳壳体3-活塞防尘罩4-活塞密封圈5-螺栓6-导套7-导向防尘罩8-活塞9-止动弹簧10-放气螺钉11-外摩擦块12-内摩擦块13-制动盘图1浮钳盘式制动器浮钳盘式制动钳的工作原理：制动钳壳体2用螺栓5与支架1相连接，螺栓5兼作导向销。支架1固定在前悬架焊接总成（亦称车轮轴承壳体）的法兰板上，壳体2可沿导向销与支架作轴向相对移动。支架固定在车轴上，摩擦块11和12布置在制动盘13的两侧。制动分泵8设在制动钳内。制动时，制动钳内油缸活塞8在液压力作用下推动内摩擦块12,压靠到制动盘内侧表面后，作用于分泵底部的液压力使制动钳壳体在导向销上移动，推动外摩擦块11压向制动盘的外侧表面。内、外摩擦块在液压作用下，将制动盘的两侧面紧紧夹住。由于制动盘是紧固在前轮毂上的，因此实现了前轮的制动。10.2后制动器后制动器为鼓式，简单非平衡式制动器，为内张式液压制动轮缸式制动器。即它是以制动鼓内圆柱面作为摩擦工作表面，用液压制动轮缸来推动制动蹄压靠制动鼓内表面而实现制动的，见图2。1-制动底板2-销轴3、4、11、12-回位弹簧5-压杆6-制动杆7-带杠杆装置的制动蹄8-支架9-止挡板10-铆钉13-检测孔14-压簧15-夹紧销16-弹簧座17-带斜楔支承制动蹄18-摩擦衬片19-斜楔支承20-楔形快21-制动轮缸

图2鼓式制动器后制动器的结构是极为普通的鼓式制动器，并兼作驻车制动器。制动底板1紧固在后桥焊接件的轴端支承座上，底板上固定了制动轮缸21（亦称分泵），分泵直径为617.46mm,支架8、止挡板9用铆钉10紧固底板下方。止挡板两端有凹槽，与制动轮缸（即分泵）上的耳槽一起用以嵌进左面带杠杆装置的制动蹄和右面带斜模支承的制动蹄的幅板。夹紧销15、弹簧座16和压簧14将制动蹄紧压在制动底板的支承平面上,防止制动蹄的轴向窜动。制动底板支承面上有6个储油平台，制动蹄采用浮式支承，可以沿分泵活塞的平面、止挡板的凹槽面作适量的浮动；并可作自动定心以保证制动蹄与制动鼓全面接触。制动蹄17上的固定斜模支承19是用来支承调节间隙用的模形块20的。制动蹄7上端有可绕销轴2自由摆动的制动杆6,制动杆6下端有一小钩槽，以钩住驻车制动拉索的夹子。制动蹄的工作表面用空心铆钉铆上摩擦衬片18。制动蹄7和17下端用弹簧11拉紧，上端分别靠弹簧3、4拉向压杆5,并使制动蹄上端贴牢分泵左右端面，下端紧靠在止挡板两端面上。制动时，分泵活塞在制动液压力作用下推动制动蹄，使其绕制动蹄与止挡板的接触点向外旋转，致使制动蹄的摩擦片压向制动鼓，产生制动力矩实现制动鼓的制动。而制动鼓是与后轮轮毂用轮胎螺栓连接的，这样实现了汽车车辆制动。消除制动时，制动液压力消失，制动蹄在回位弹簧3、4、11作用下复位。后制动器的制动间隙是自动调节的。当制动间隙因蹄片磨损超过正常值时，位于压杆和制动蹄之间的楔形块20，通过弹簧拉力作用向下移动，以补偿压力杆和楔形块之间的间隙增量，使制动蹄进一步向制动鼓方向张开，以补偿摩擦片的磨损量。制动鼓上观察孔，用来检查制动蹄摩擦片磨损情况，极限磨损量为2.5mm。10.3制动管路制动管路由6根制动硬管和4根软管组成，如下图所示。制动主缸的结构如下图所示1-竹杠缸体2-出油阀座 3-出油阀4-出油管接头5-空心螺栓6-密封垫7-前缸活塞8-旁通孔 9-补偿孔 10-后缸活塞 11-挡圈12-护罩13-推杆 14-后缸密封圈15-后活塞皮碗16-后缸弹簧17-前缸密封圈18—密封垫 19-定位螺钉20-前活塞皮碗 21-前缸弹簧22-回油阀制动主缸由缸体、活塞、弹簧、弹簧座、油封、过滤器组成。制动主缸（总泵）由两只螺栓和助力器前端连接。主缸上部装置制动贮液罐。主缸内串联前后两个工作腔。当踩下制动踏板时，推动主缸中推杆18左移，使密封圈堵住前进油孔，在前腔内产生液压，进而再推动活塞23左移，堵住后进油孔，在后腔产生油压，通过制动硬管和制动软管分别连接到左前车轮制动器，右后车轮制动器，右前车轮制动器和左后车轮制动器，组成“X”型二套独立的制动回路。11.制动性能分析[7]任何一套制动装置都是由制动器和制动驱动机构两部分组成。汽车的制动性是指汽车在行驶中能利用外力强制地降低车速至停车或下长坡时能维持一定车速的能力。11.1制动性能评价指标汽车制动性能主要由以下三个方面来评价：1） 制动效能，即制动距离和制动减速度；2） 制动效能的稳定性，即抗衰退性能；3） 制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力的性能。11.2制动效能制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。制动效能是制动性能中最基本的评价指标。制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好。11.3制动效能的恒定性制动效能的恒定性主要指的是抗热衰性能。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。11.4制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车给定路径行驶的能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力。则汽车将偏离原来的路径。制动过程中汽车维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。影响方向稳定性的包括制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力三种情况。制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，汽车将偏离给定的行驶路径。因此，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价汽车制动时的方向稳定性，对制动距离和制动减速度两指标测试时都要求了其试验通道的宽度。方向稳定性是从制动跑偏、侧滑以及失去转向能力等方面考验。制动跑偏的原因有两个1）汽车左右车轮，特别是转向轴左右车轮制动器制动力不相等。

2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）前者是由于制动调整误差造成的，是非系统的。而后者是属于系统性误差。侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时后轴发生侧滑。防止后轴发生侧滑应使前后轴同时抱死或前轴先抱死后轴始终不抱死。理论上分析如下，真正的评价是靠实验的。11.5制动减速度j制动系的作用效果，可以用最大制动减速度及最小制动距离来评价。假设汽车是在水平的，坚硬的道路上行驶，并且不考虑路面附着条件，因此制动力是由制动器产生。此时.Mj=—(r*m)r,1卩2M€2(M+M)€2(655+966)=3242N.m,1卩2其中:rr其中:rr――滚动半径m€1560kg3242； €6.76m/s2善*15602*1000则可得轿车制动减速度应在5.8~7m/s2，符合要求11.6制动距离S在匀减速度制动时，制动距离S为s=—(t+L)v+-D匀减速时3.612a254p匀减速时其中：‘1――消除制动蹄与制动鼓间隙时间，取0.1s‘2 制动力增长过程所需时间！2sS€丄(0.1+°2)30+ —€6.67m3.6 2 254*0.7V2v为30km/hS,€0.1v+——v为30km/h轿车制动距离 1505,=0.1*30+302€9m€S150 ,符合要求11.7摩擦衬片（衬块）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。11.7.1比能量耗散率双轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为1,m（v2一v2）,e€ a——1 『p2 2tA1_18m（v2—v2） ）e— 住—1 2—（1一p）2 2tA2式中：8:汽车回转质量换算系数，紧急制动时七=°，,€Lma:汽车总质量;v1，v2:汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时轿车取27.8m/s；t:制动时间，s；按下式计算v一v—1 2-t=j=27.8/6=4.6sj：制动减速度，m/s2，j—°.6…g0.6X10-6m/s2；A1，A2:前、后制动器衬片的摩擦面积；A1=7600mm2，质量在1.5—2.5/1的轿车摩擦衬片面积在200-300cm2,故取A2=30000mm2P:制动力分配系数。e-1乂—咋€ 1550x27.82 …匕,5x寸大€ x0.67122件-2x2x4.6x7600 =5.7w/mm2轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于"mm2,故符合要求。1mv2e(1_p)222tA21550x2购x(1-0.67)=2x2x4.6x30000 =0.yw/mm2轿车鼓式制动器的比能量耗散率应不大于"mm2,故符合要求。11.7.比滑磨功匕磨损和热的性能指标可用衬片在制动过程中由最高制动初速度至停车所完成的单位衬片面积的滑磨功，即比滑磨功匕来衡量：式中：ma:汽车总质量AE:车轮制动器各制动衬片的总摩擦面积，Av,2A+2Acm2=2x300+76x2=752cm2•… 1 2v,v ,160km/h,44m/samax・amax:Lf］：许用比滑磨功，轿车取1000J/cm2〜1500J/cm2。1550x442Lf=2x7521497J/Cm2<1000J/cm2〜1500J/cm2故符合要求。12.驻车制动计算12.1汽车可停驻的极限上坡路倾斜角以机 0.7*1.35a,arctan 1—,arctan =23.50L-^h 2.6-0.7*0.5g其中：中——车轮与路面摩擦系数为0.712.2汽车可停驻极限下坡路倾斜角a,©La,，arctan 1—，arctanL+qhg0.7*1.352.6+0.7*0.5，19.70最大停驻坡度应不小于16%~20%（约10.1。0~12.57。）,故符合要求结论本次毕业设计任务是以比亚迪F3轿车的制动系统为研究对象，以最终完美的达到设计标准为设计目的。通过对该类型汽车制动系统结构和性能的分析以及计算，加以对比后最终确定比亚迪F3轿车制动系统的结构方案和各种参数，在此基础之上利用所学过的AutoCad软件绘制了鼓式制动器装配图、盘式制动器装配图、制动主缸原理图、管路布置以及鼓式和盘式制动器零件图各一张。为了提高所设计的比亚迪F3轿车的安全性和舒适性，我经过理论参考和实际分析等步骤采用了前盘、后鼓式制动器；串联双腔的液压主缸和X型双管路制动系统。在设计任务过程中，通过计算我又得出此制动系统需要添加真空助力器才能达到相应的标准。经过检验最后设计的汽车制动系统基本达到了预期的目标，我设计所得的相关设计内容也全部符合国家有关规定。在这次设计过程当中，我运用了所学的专业基础理论和知识，并查阅了和此有关的资料，全面细致的去分析比较各类汽车制动系统的发展、结构和分类，从中择优最终确定了设计方案和各项参数，以至最终作图定稿。我深知在我的设计中还存在着许多不足，有待完善，但是在一定程度上也解决了汽车制动系统中所存在的一些问题。这个毕业设计还是对我大学四年来所学知识的一种检验，通过这个契机我会更加努力,将学习的精神贯穿与以后的工作和生活之中。刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001左建民.液压与气压制动.北京：机械工业出版社,2007龙振宇.机械设计.北京：机械工业出版社，2002王国权袭国庆.汽车设计-课程设计指导书.北京:机械工业出版社,2009.11陈家瑞.汽车构造（下册）.人民交通出版社司利增.汽车防滑控制系统——ABS与ASR.北京：人民交通出版社，1996余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000张洪欣.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，1999田夏.桑塔纳2000轿车使用与维护手册M].北京：机械工业出版社，2002.2龚微寒.汽车现代设计制造M].北京：人民交通出版社，1995林宁.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，1999张国忠.现代设计方法在汽车设计中的应用[M].沈阳：东北大学出版社，2002粟利萍.汽车实用英语M].北京：电子工业出版社，2005刘惟信.汽车制动系统的结构分析与设计计算[M].北京：清华大学出版社，2004崔靖.汽车构造[M].陕西：陕西科学技术出版社，1984王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004吉林工业大学汽车教研室.汽车设计M].北京：机械工业出版社，1981RudolfLimpert.BRAKEDESIGNandSAFETY[M].Warrendale,PA15096,USA:SAE,Inc，1992JohnFenton.HandBookofVehicleDesignAnalysis[M].Warrendale,PA，USA:Societ