《比亚迪F3轿车制动系统设计》7100字（论文）

比亚迪F3轿车制动系统设计目录摘要 31引言 52制动器总体方案确定 72.1制动系统的分类以及作用 72.2制动系统主要参数 83制动驱动机构设计 113.1制动驱动机构结构选择 113.2液压制动驱动机构设计计算 114制动器设计计算 144.1制动器方案确定 144.2鼓式制动器参数确定 144.3盘式制动器参数确定 154.4制动器设计计算 154.8制动器主要零部件结构设计 205制动器三维建模 235.1Solidworks软件简介 235.2关键零部件三维模型 245.3鼓式制动器的装配及分解 24结论 32参考文献 33摘要：本设计根据比亚迪F3轿车具体参数，对比亚迪汽车的制动系统进行结构设计。首先，对轿车的制动系统的原理及其组成进行了分析与介绍，并选择了详细的制动方案；其次，对制动系统的驱动机构进行了分析，确定了设计方案，进行了详细的设计，其中选择液压驱动作为制动器的驱动；然后，对制动器进行结构设计和具体的参数选型；最后,利用Sollidwoks三维建模软件进行制动系统关键零部件的三维结构建模，随后进行建模及爆炸图分析。关键词：制动系统；制动器；Solidworks软件1引言近年来，随着经济技术与生活水平的提高，汽车已经成为人们出行的必备品，且随着技术的迭代，汽车的价格也下探到普通人能接受的程度。随着汽车在世界发展中国家的普及开来，汽车的发展也进入了一个新的阶段，人们对汽车的安全性能、驾驶性能、操作性能等方面都有着更高的要求，制动系统作为汽车驱动系统的重要组成部分及行驶性能的关键部件，其功能的优劣直接关系到整车的安全性能及行驶性能。汽车能在行驶在道路上最主要的一点就是确保驾驶员和乘坐人员的安全[1]。制动性能是车辆最重要的性能之一，在车辆行驶时制动系统始终在工作过程中，是保障车身与人身最关键的系统。无论在汽车的制造还是使用换件，保障并提高汽车制动系统的性能是设计中重要的环节。制动系统通常在汽车减速过程中发挥作用，制动系统提供与车身行驶方向相反的摩擦力来达到降低车速的目的。因此，在设计过程中，需要对车的车身、悬架、转向系统等部分进行测试及分析，包括静力学分析、动力学分析等等，这些措施都有助于制动系统的设计及制造。除此之外，对制动过程的力学性能进行分析也是车辆测试和设计的基础，因为该过程更为复杂，通常的做法是对其进行简化分析，建立数学模型进行分析。目前汽车的制动系统的测试主要是道路实测，汽车在实际道路上行驶，车轮与地面之间的相互作用导致了汽车的运动，这是汽车行驶的基础，如果行驶过程中，车轮的扭矩发生了变化，则其主要原因是制动系统导致的，通过在车轮制动系统上安装传感器，可以很方便的进行行驶数据的采集及分析，对车辆制动系统的性能进行全面的分析与评估，从而知道制动系统的优化设计[2]。2制动系统总体方案确定2.1制动系统的分类以及作用根据功能的不同，制动系统分为行车制动系统，驻车制动系统，紧急制动系统和辅助制动系统。汽车制动系统必须至少具有前两组制动系统，并且大型车辆或在山区频繁行驶的车辆必须配备紧急制动系统和辅助制动系统。该设计主要围绕行车制动系统和停车制动系统进行设计，并且为降低成本，应急系统已由常规停车系统取代。由于这次设计的车辆在城市行驶中具有一定的用途，因此未设计辅助制动系统（见图2.1）。图2.1汽车制动系统总体布置2.2制动系统主要参数设计制动系统的参数数据是采用比亚迪F3轿车的具体参数如表2-1所示：表3-1比亚迪汽车F3具体参数轮胎规格195/60R15整车整备质量（kg）1200总质量（kg）1600轴距（mm）2600轮距（mm）1480最高车速(km/h)180同步附着系数0=0.6质心高度空载0.6m满载0.55m(1)制动力与制动力分配系数根据公式：(2.1)得：(2)同步附着系数(1)当＜时：制动时处于稳定工况，前轮先抱死，丧失转向能力；(2)当＞时：制动时总轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性；(3)当＝时：制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。分析表明，汽车在同步附着系数为的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为，即，为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度＜这表明只有在＝的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。查阅《汽车设计手册可知》同步附着系数=0.7。(3)制动器最大制动力矩根据《汽车设计手册》可知汽车制动强度为：根据《汽车设计手册》可知前后轴最大附着力矩为：(2.2)式中：G—汽车满载质量；L—汽车轴距；—汽车所能遇到的最大附着系数；q—制动强度；—车轮有效半径；M2max—后轴最大制动力矩；将上述参数带入式(2.2)中可得前后轴最大附着力矩为：M2max=1.57106Nmm后轮的制动力矩为：=0.785Nmm前轴：=T=前轮的制动力矩为：3.2/2=1.6Nmm(4)制动器因数查阅《汽车设计手册》可知，制动器因素计算公式如下所示：(2.3)式中：—制动器的摩擦力矩；—制动盘或制动鼓的作用半径；—输入力，一般取加于两制动蹄的张开力的平均值输入力。对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为P，即制动盘在其两侧的作用半径上所受的摩擦力为2fP,此处f为盘与制动衬块饿摩擦系数(本论文取f=0.5)，于钳盘式制动器的制动器因数为:(2.4)将上述参数带入式(2.4)中可得，BF=1。对于鼓式制动器，当时，则有(2.5)制动器受力图如图2.2。图2.2受力图对领题绕支点A的力矩平衡方程，即（2.6）由上式得到领蹄的制动蹄因数为（2.7）将已知参数代入式(2.7)可得：=0.79当制动鼓进行反向运动时，制动蹄产生的摩檫力方向与制动鼓正向运动时产生的摩檫力方向相反，运用式(2.1)-式(2.7)的方式对制动鼓反向运动时进行分析，可知：（2.8）由上式得从蹄的制动蹄因数为（2.9）代入参数得：=0.483制动驱动机构设计3.1制动驱动机构结构选择制动驱动机构主要有机械式制动驱动系统和液压式制动驱动系统，本文结合经济性和实用性，综合考虑选择液压式制动驱动系统进行设计。3.2液压制动驱动机构设计计算(1)制动轮缸直径与工作容积前轮制动轮缸直径与工作容积的设计计算(3.1)式中：p—灌录液压，根据《汽车设计手册》[6]，本文取p=10Mp根据“汽车之家比亚迪F3轿车”轿车使用与维护手册得P=19625N将上述参数带入式(3.1)中可得：根据GB7524-87标准规定的尺寸中选取,因此轮缸直径为50mm。一个轮缸的工作容积(3.2)式中：—单个活塞缸直径；n—轮缸活塞的数目；δ—单个活塞缸制动行程：(3.3)式中：—活塞行程。—轮缸活塞形变。，—分别为鼓式制动器的变形与制动鼓的变形而引起的轮缸活塞行程。综合考虑，取δ=2mm将上述参数带入式(3.2)可得轮缸工作容积为欸根据《汽车设计手册》可得全部轮缸的工作容积为(3.4)式中：m—轮缸的数目；V=2V+2V=22826+23925=13502mm(2)制动主缸直径与工作容积制动主缸应有的工作容积(3.5)式中：V—所用制动缸的总容积—制动软管在掖压下变形而引起的容积增量；将已知参数带入式(3.5)可得：V=13502mm；=1.1V=1.1×13502=14852.2mm主缸直径和活塞行程S(3.6)一般S=(0.8-1.2)d,取S=d将上述参数带入式(3.6)中可得===26.65mm根据GB7524-87标准规定的尺寸中选取,因此主缸直径为28mm。==28mm(3)制动踏板相关设计计算制动踏板力可用下式验算：(3.7)式中：—制动主缸活塞直径；—制动管路的液压；—制动踏板机构传动比，=4；—制动蹄工作效率，根据《汽车设计手册》取=0.9。将上述参数带人式(3.7)中可得所以需要加装真空助力器。(3.8)式中：：真空助力比，取4。=1710/4=427.5N500N-700N所以符合要求（3.9）式中：—主缸中推杆与活塞的间隙，根据《汽车设计手册》本文取2mm；—主缸活塞空行程，根据《汽车设计手册》本文取2mm。求得：，符合设计要求。4制动器设计计算4.1制动器方案确定本文综合考虑经济条件和实用性，制动器方案采用前盘后鼓式。前盘选用浮动盘式制动器，后鼓采用领从蹄式制动器。4.2鼓式制动器参数确定(1)结构参数①制动鼓直径D或半径R根据相关设计经验，并查阅《汽车设计手册》可知，制动鼓内径、外径分别取240mm和249mm。②制动蹄摩擦衬片的包角及宽度b根据相关设计经验，并查阅《汽车设计手册》可知，制动蹄摩擦衬片的包角及宽度b分别为100°、45mm。③摩擦衬片起始角根据《汽车设计手册》可知，摩擦衬片起始角的计算公式为：(4.1)式中：—制动蹄摩擦衬片的包角将上述参数带入式4.1可得=40°。④张开力的作用线至制动器中线的距离a根据《汽车设计手册》可知，张开力的作用线至制动器中线的距离a得经验计算公式为：a=0.8R(4.2)将已知参数带入式4.2可得a=99.6mm。⑤制动蹄支削中心的坐标位置k与c根据《汽车设计手册》可知，制动蹄支削中心的坐标位置k与c经验计算公式为：c=0.8R(4.3)将已知参数带入式4.2可得c=99.6mm。(2)摩擦片摩擦系数根据相关设计经验，并查阅《汽车设计手册》，选取f=0.3。4.3盘式制动器参数确定(1)制动盘直径D希望制动盘的直径D可以做得尽可能大。通常制动盘的直径D在轮辋直径的70至79之间选择。根据相关设计经验，并查阅《汽车设计手册》，取D=256mm。(2)制动盘厚度h制动盘的厚度直接影响制动盘的质量和运行过程中的温度升高。为了减少制动过程中的温度升高，制动盘的厚度不应太小。通常，实心制动盘的厚度可以设置为10mm至20mm。根据相关设计经验，并查阅《汽车设计手册》取h=20mm。(3)摩擦衬块内半径与外半径摩擦垫的外半径与内半径之比不应大于1.5。(4)摩擦衬块厚度与摩擦面积摩擦衬块厚度取14mm，摩擦面积取76cm。4.4制动器设计计算(1)制动蹄片上制动力矩计算增势蹄产生的制动力矩可表达如下：(4.4)式中：—摩擦系数（前面以选择0.3）；N1—单元法向力的合力；—摩擦力的作用半径。如图4.1求得力与张开力的关系式，写出制动蹄上力的平衡力方程式：(4.5)图4.1制动蹄对制动鼓的压紧力关系式中：—支承反力在轴上的投影；—轴与力的作用线之间的夹角。对式（4.5）求解，得(4.6)将式（4.6）代入（4.4），得增势蹄的制动力矩为=(4.7)所以增势蹄的力矩是关于的直线函数。对于减势蹄同上。(2)摩擦衬块设计计算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(4.8)(4.9)式中：—汽车回转质量换算系数，紧急制动时，；ma—汽车总质量；v1,v2—分别表示汽车制动时得初速度和末速度，根据比亚迪汽车设计参数可知初速度和末速度分别为27.8/和0m/s；t—制动时间,按下式计算式中：j—制动减速度，本文取6；A1,A2—前、后制动器衬片的摩擦面积；根据经验设计，前、后制动器衬片的摩擦面积分别为：7600mm、30000mm—制动力分配系数。则==5.7故符合要求。==0.7故符合要求。②比滑磨功根据《汽车设计手册》，可知比滑磨功得计算公式为：(4.10)式中：—汽车总质量—车轮制动器各制动衬片的总摩擦面积，==752cm；:[]：许用比滑磨功，轿车取1000J/～1500J/。L=1497J/≤1000J/～1500J/故符合要求。(3)制动器热容量和温升校核根据《汽车设计手册可知》制动器热容量和温升之间得相互关系为：(4.11)式中：—各制动鼓（盘）的总质量；—其他零件总质量；—制动鼓（盘）材料的比热容，本文取c=482；—与制动鼓（盘）相连的受热金属件的比热容；—制动鼓（盘）的温升；L—满载汽车制动时由动能转变的热能，即(4.12)式中：—满载汽车总质量，根据比亚迪汽车设计参数可知ma=1600kg；—汽车制动时的初速度，可取=；—汽车制动器制动力分配系数。将上述参数代入式12可得：。设计曼珠需求(4)盘式制动器制动力矩计算盘式制动器的计算用简图4.2所示，盘式制动器的制动力矩为(4.13)图4.2盘式制动器的计算用简图式中：f—摩擦系数；N—单侧制动块对制动盘的压紧力；R—作用半径。对于常见的扇形摩擦衬块，其径向尺寸不大了，R为平均半径或有效半径已足够精确。平均半径为(4.14)式中；—分别为扇形摩擦衬块的内半径和外半径。根据图4.2可知单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩为(4.15)根据《汽车设计手册》可知制动盘的总摩擦力计算公式为(4.16)由式(4.15)和式(4.16)可得有效半径为Re=Tf2fN令，则有(4.18)因，故当。(5)驻车制动计算车停在上坡时的力示意图如图4.3所示，车停在上坡时的后轴附着力为：(4.19)图4.3驻车制动计算模型同样求出汽车下颇停驻的后轴车轮的附着力为(4.20)在后轮轴附着力等于后轮驻车制动器的制动力的条件下，可以获得停在上坡和下坡道路上的车辆的极限倾斜角，即由(4.21)求得汽车在上坡时可能停驻的极限上坡路倾角为(4.22)将比亚迪F3汽车参数带入式(4.22)，求得23.22汽车在下坡时可能停驻的极限下坡路倾角为(4.23)将比亚迪F3汽车参数带入式(4.23)，求得16.83一般要求各类汽车的最大停驻坡度不应小于16%～20%。汽车后轴的单个后轮驻车制动器的制动力矩的最大上限为：T=(4.21)代入汽车参数求得T=760.68。4.8制动器主要零部件结构设计(1)制动鼓制动鼓应具有足够的强度，刚度和热容量，以匹配摩擦衬片的材料，并且制动摩擦片应具有更高的摩擦系数。制动鼓的壁厚主要从刚度和强度中选择。本设计中使用的材料是HT20-40。(2)制动蹄T形钢轧制或钢板是汽车和小型轻型卡车的制动蹄的常用材料，通常采用冲压成形的方式进行制造。重型卡车的制动蹄主要由铸铁，铸钢或铸造铝合金制成。在设计及制造过程中，需要对制动蹄的结构尺寸及截面形状进行复核，进行强度及刚度校核，以确保其具有满足设计要求的使用性能。小型轿车用钢板制成的制动蹄腹板，通常会具有两个径向凹槽，改变了截面形状导致其抗弯刚度较小，需要采用其他方式进行强度保证。综合上述分析，在本次轿车的制动蹄片使用的材料是HT200。(3)制动底板制动器底板是制动器除制动鼓之外的每个部分的安装基础，必须确保每个安装部分的正确位置。制动基板必须具有足够的刚度，因为它在施加制动时支撑制动反作用扭矩。本文制动底板的材料选用45号钢。(4)制动蹄的支承2自由度制动蹄的支撑结构简单，可将制动蹄相对于制动鼓定位。为了使支撑销具有1个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴，必须调整支撑位置。本文制动底板的材料选用45号钢。(5)制动轮缸轿车的制动系统通常采用液压的制动分泵，属于活塞式闸瓦打开机构，通常放置的车轮制动器上，结构简单经凑，推力大。制动轮缸的缸体材料为灰口铸铁HT250。活塞材料为高强度铝合金，活塞的外端用开槽的钢制顶块压紧，以支撑插入到闸瓦腹板端部或凹槽中的端部接头。轮缸的工作腔通过安装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面上的橡胶杯密封。大多数制动分泵具有2个相同直径的活塞，有些具有4个相同直径的活塞。双前导蹄形制动器的两个蹄片中的每个蹄片均由单个活塞制动轮缸驱动。本设计采用HT250。(6)制动盘制动盘一般用珠光体灰铸铁制成。其结构形状有平板形和礼帽形两种。后一种的圆柱部分长度取决于布置尺寸。(7)制动钳制动钳由可锻铸铁KTH370-12或球墨铸铁QT400-18制成，也由轻合金如铝合金制成。您也可以将其完整，或者可以通过将两个半部用螺栓连接到外边缘上的孔来检查或更换制动片，而无需拆卸制动器。(8)制动块制动块包括一个后板和一个摩擦片，它们被紧紧地压紧，铆接或直接连接。该材料大部分是平面的，但可以是矩形，正方形或矩形。活塞应能够尽可能多地按压制动衬块区域，以防止制动衬块卷曲和吱吱作响。根据统计，汽车和轻型汽车的厚度在7.5毫米至16毫米之间。5制动器三维建模5.1Soldworks软件简介SolidWorks软件以Windows操作系统为平台而开发出来的一款三维建模软件。SolidWorks软件功能强大，分别由三维建模、二位CAD、运动仿真、有限元分析等组件构成。SolidWorks软件从被开发者开发以来，因其简单的操作界面、对电脑要求不高、门槛低等优点，被企业和高校广泛的安装使用。SolidWorks软件还可以实现直接从三维模型导出零件图和装配图，很好的减少了设计者出图的工作量，为设计者们提供了便易。SolidWorks软件还具有自动检测报错功能，让设计者随时都可以发现自己的设计错误。所有SolidWorks软件已经逐渐成为人们最喜爱的三维软件之一。5.2关键零部件三维模型图5.1制动蹄完整结构图5.2拉力弹簧图5.3制动轮缸图5.4制动鼓主体结构图5.3鼓式制动器的装配及分解装配时点击“将原件添加到组件”，可将以储存在文件中的各个三维模型添加到新建文件中。在装配中用到的命令第一个添加的组件是后轮轴，然后依次将制动底板、后制动轮缸、制动蹄、摩擦片、制动板、压缩弹簧、制动杆、楔形块、制动鼓等组件依次装配好。装配过程如下图5.5、图5.6所示。图5.5制动器装配图图5.6制动器分解图结论本次毕业设计是以比亚迪F3轿车为研究对象，根据已知参数对比亚迪汽车进行制动系统结构设计。首先确定制动系统的总体方案，根据制动系统总体设计方案对制动系统进行详细的结构设计，本文主要对制动系统中的驱动系统和制动器进行了详细的设计。首先对制动驱动系统进行详细的结构设计，其中主要包括制动驱动系统的方案选择，其次根据驱动方案对液压驱动机构中的液压缸进行选型计算，然后对制动蹄板进行相应的设计计算；其次对制动器进行详细的结构设计，其中主要包括制动器方案选择，选择前盘后鼓式的制动器安装方式，并对制动器中的制动盘直接、制动盘内径、摩擦内衬块进行计算；最后运用Solidoworks对制动器中的关键零部件进行三维建模，并通过Solidwoks软件中的装配模块对制动器进行装配。参考文献[1]柴瑞谦,王月.汽车制动器[P].安徽省：CN305877298S,2020-06-26.[2]黄东方,汪永胜,黄国兴.鼓式制动蹄总成(SKY131)[P].浙江省：CN305789948S,2020-05-19.[3]宋忠春.一种新型桥压式汽车制动器可行性论证与基本结构设计[J].汽车与驾驶维修(维修版),2017(06):136.[4]张思超.一款车型制动器结构设计优化方案研究[J].科技创新与应用,2018,(25):97-98.[5]王教友.基于整车匹配的盘式制动器优化设计及验证[D].山东大学,2019.[6]戴海燕,张继华,李长玉.某危险品运输车制动器设计及瞬态传热分析[J].中国工程机械学报,2020,18(03):264-268.[7]蔡荣誉.盘式制动器摩擦衬片的摩擦磨损性能研究与结构优化设计[D].江苏大学,2019.[8]郑晓雯,孙宇飞,李金涛,贺傲峰.基于SolidWorks和ANSYS联合二次开发的盘式制动器设计研究[J].煤矿机械,2020,41(07):166-169.[9]DolaraAlberto,LevaSonia,MorettiGiacomo,etal.DesignofaResonan