【正文】 班 級 B 汽車 09 學(xué) 號 091010 指導(dǎo)教師 完成日期 2020 年 6 月 10日 鹽城 工學(xué)院 2020 屆學(xué)士畢業(yè)設(shè)計 I FSAE 方程式賽車制動系 統(tǒng)設(shè)計 摘 要 : Formula SAE 學(xué)生賽車 比賽 是由美國車輛工程師學(xué)會 于 1979 年創(chuàng)立， 2020 年 在中國舉辦第一屆中國大學(xué)生方程式賽車，本 次 設(shè)計將依照 大賽 賽規(guī) 進行設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ： FSAE ； 制動 ； Ansys FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 II Design of Braking System for FSAE Car Abstract: Formula SAE race was founded in 1979 by the American cars institute of Engineers. In 2020 , China held the first Formula one for Chinese college students, the design would be for design of the provisions of the Chinese calendar. This paper will introduce the FSAE events, the design of automobile brake system, the research status of FSAE brake and the aim of design. Then we will choose the scheme of brake system, mainly including layout of brake circuit, braking mode ,and then by the basic dates of car, I started to make the general design of the braking system. By caculting,I got some dates,then I would select the right ponents through these dates .After that I established the model in ProE. At last putting the model in ansys ,I used the software to analyse the force condition. Above all, the aim of designing the right braking system meeting the rules of FSAE would e true. Keywords :FSAE。 中國大學(xué)生方程式汽車大賽 是中國汽車工程學(xué)會及其合作會員單位，在學(xué)習和總結(jié)美、日、德等國家相關(guān)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情，精心打造的一項全新賽事。 在比賽過程中，參賽隊員能充分將所學(xué)的理論知識運用于實踐中。 與此同時，管理和運營整個團隊讓未來的企業(yè)管理者接受了一次難度十足的鍛煉。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。 通常對 車輛 制動系統(tǒng)進行分析和評價 的指標為 ： 1）制動效能：即制動距離與制動減速度； 2）制動效能的恒定性：即熱衰退性； 3）制動時汽車方向的穩(wěn)定性 。并且直接作用于所有四個車輪上，而 且只被一個控制器控制。 3） 剎車系統(tǒng)必須在以下的測試中，能夠抱死所有四個輪。 8） 制動踏板必須設(shè)計能承受 2020N 的力而不損壞制動系統(tǒng)和踏板機構(gòu)。 1）賽車必須裝有制動踏板超行程開關(guān)。并且該開關(guān)不能被車手重置。 2) 制動燈的安裝高度必須在車輪中心線和車手肩膀高度之間，且接近賽車中心線。 （ 4） 制動各項效能的分析 （ 5） 制動系統(tǒng)零部件有限元分析。鼓式制動器分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩 擦片的內(nèi)圓弧作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。領(lǐng)蹄所受的 摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領(lǐng)蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。因此，它用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 9 圖 25 雙向增力式制動器 盤式制動器 盤式制動器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。 ?浮鉗盤 式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性小；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。 7）襯塊與制動盤間的間隙小，縮短了制動協(xié)調(diào)時間。 簡單制動系統(tǒng) 簡單制動系即人力制動系，是靠四級作用于制動踏板上或手柄上的力作為制動力源。其優(yōu)點是作用滯后時間短（ ),工作壓力大（可達 10MPa12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄的張開機構(gòu)或制動塊的壓緊機構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。 動力制動系統(tǒng) 動力制動系是以發(fā)動機動力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動的全部力源進行制動，司機作用于制動踏板或手柄上的力僅用于對制動回路中控制元件的操縱。因而制動器室的直徑達，只能置于制動器之外，在通過桿件及凸輪或鍥塊驅(qū)動制動蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外制動氣室排氣時也有較大噪聲。 3)全液壓動力制動系 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 12 全液壓動力制動系除具有一般液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)點外，還具有操作輕便、制動反應(yīng)快、制動能力強、受氣阻影響較小、易于采用制動力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動力轉(zhuǎn)向、液壓懸架、舉升機構(gòu)及其他輔助設(shè)備共同液壓泵和儲油等優(yōu)點。 按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動系、氣壓伺服制動系和液壓伺服制動系之分，其伺服能源分別為真空能（負氣壓能）、氣壓能和液壓能。這一分路方案總后輪制動管路失效，則一旦前輪制動抱死就 會失去轉(zhuǎn)彎制動能力。此時前、后各有一側(cè)車輪有制動作用，使制動力不 對稱，導(dǎo)致前輪將朝制動起作用 車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動，使汽車失去方向穩(wěn)定性。 HL 型單用回路，即一軸半時剩余制動力較大，但此時與 LL 型一樣，在緊急制動時后輪極易先抱死。同時路面對車輪作用一個向后的作用了 bF ,稱為地面制動力，這個力由車輪經(jīng)過車軸和懸架傳達到車架和車身，迫使整個汽車 產(chǎn)生一 定的減速度地面制動力越大，制動減鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 16 速度越大，制動距離就越短。出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象 制動距離與制動減速度 制動距離是與行駛安全直接有關(guān)的一項制動效能指標 ，制動減速度是反映地面制動力的大小，是決定制動距離的一項重要因素。制動時間格為 0T 、 1T 、 2T 、 3T ， 由四段路程組 成 0S 、 1S 、 2S 、 3S 圖 33 制動減速度，制動速度，距離與時間關(guān)系 0T 是駕駛員接到制動停車信號后的反應(yīng)時間，一般需要 ～ ，這與駕駛員反應(yīng)快慢和不同處境有關(guān)，這段時間內(nèi)汽車仍以原 來的初速度 0V 行駛。減速度增大到 2a ，速度減到 2V 。 上面一提到地面制動力由于受到附著力限制，其最大值為 式（ 39） zbmax FF ??? （ 39） 所以最大制動強度 ??maxZ 利用附著系 數(shù) 上式中路面提供的附著系數(shù) Ф可稱為利用附著系數(shù)，利用附著系數(shù)就是汽車制動時路面提供的要利用的附著系數(shù) 汽車制動過程中，一般出現(xiàn)三種情況 （ 1） 前輪先抱死拖滑。通常以利用附著系數(shù)與制動強度關(guān)系曲線來描述制動力分配的 合理 。 已知數(shù)據(jù)：（ 1）車輛滿載總重 W = 3136N （ 2）車輛有效滾動半徑 R = 240mm （ 3）軸距 l=1600mm （ 4）質(zhì)心位置：質(zhì)心高 h = 260mm,距前軸距離 lf = 848mm，距后軸距離 lb = 752mm 法向反力計算 法向反力 計算原理與相關(guān)公式； 當 減速度為 8m/s2 時， 地面對前后軸的法向反力 為式（ 41），（ 42） FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 23 wf= ???????? ? gahllw b= （ 41） ????????? gahllw fbw= （ 42） 其中， Wf以一定的速度 行駛無制動但考慮到空氣動力效應(yīng)時分配在前軸的重量 Wb一一定速度行駛無制動，但考 同樣考 慮空氣動力 效應(yīng)時分配在后軸上的重量 （ a/g）減加速度以“ g”為單位值，其大小可取從出于高速并具有下壓作用是的 3g到冰面上行駛的 ，這取 a/g的值為 ，即制動減速度為8m/s2 假定賽車制動力分配系數(shù) β， 用 式 （ 322） 計算 β = bff? = （ 43） 結(jié)合 圖 41與計算結(jié)果，可知當制動減速度在 8m/s2時，前后軸的軸荷分配分別為 60%， 40% 圖 41 前后軸載荷 與制動強度關(guān)系 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 24 制動力矩預(yù)計算 同步附著系數(shù) φ 0的計算，同步附著系數(shù)的大小取決于汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù) ，其式為（ 41） φ 0 = hll b?? = （ 41） 制動器最大制動力矩 對選取 較大φ 0的賽車 ，應(yīng)從保證制動時的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動力矩，計算如式 ? ?qhllwffT m ax ??φ 0R = = N 制動卡鉗的選擇 根據(jù) 以上 計算，選購了圖 42 的制動卡鉗，其活塞直徑為 34 mm，內(nèi)部直徑為 28mm 圖 42 制動卡鉗 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 26 圖 43 卡鉗摩擦片 制動主缸的確定 已知條件： （ 1）制動卡鉗為雙活塞，活塞 內(nèi)部 直徑為 28mm （ 2）制動卡鉗與制動盤間隙 ? 一般 取 ～ ，這里取 (3) 制動主缸的行程 s通常取 5mm～ 10mm，這里取 5mm 制動時，卡鉗所需要的制動液體積 V(D)，如式（ 44） V(D)= 44D2 ??? ?? = 910? m3 （ 44） 制動主缸一個行程所需要的體積 V（ d） ，式（ 45） V（ d） = s4d2??? （ 45） 由于 V（ d ≥ V(D) 計算得 d≥ mm 結(jié)合設(shè)計計算，我們選擇了 圖 44 所示的制動主缸， 其內(nèi)徑為 18mm 這種單缸制動主缸在性能上遠遠滿足賽車制動性能的要求 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 27 圖 44 制動主缸 其它 制動部件的選擇 制動盤 由于，賽車輪輞不同于汽車輪輞的尺寸，所以國內(nèi)市場找不到符合我們要求的制動盤 ，而向國外購買費用又較高，制動盤可以自行設(shè)計，結(jié)合輪輞直徑以及制動卡鉗的布置位置，最后定制動盤的直徑為 220mm