【正文】 后軸載荷與制動強度關(guān)系 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 = h ll 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 a x ??φ 0R = = N FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 25 圖 410 微動開關(guān) 圖 411 超行程開關(guān) 制動踏板的設(shè) 計 由于 FSAE 賽車的特殊性，制動踏板必須自行設(shè)計，在結(jié)合賽 車手坐姿，以及其踩踏的尺寸后，通過三維設(shè)計軟件，初步設(shè)計了踏板，其杠桿放大比為 6,為了減輕重量踏板材料為 7075 高強度 鋁合金，如圖 412 所示。 已知數(shù)據(jù)： （ 1）車輛滿載總重 W = 320 kg （ 2）車輛有效滾動半徑 R = 240mm （ 3）制動盤有效半徑 r = 110mm （ 4）主缸活塞直徑 d = 18mm （ 5）制動卡鉗活塞直徑 D = 34mm （ 6）軸距 l = 1600mm （ 7） 整車質(zhì)心高 h = 260mm, 距前軸的距離 lf =848 mm，據(jù)后軸的距離 lb = 752 mm 最佳制動分配通過以下步驟計算得出 首先，需要估計出一個最大減加速度值以計算制動時車重在前后軸上的分配。假設(shè)系 統(tǒng)是非助力的，主缸活塞面積已知，踏板力已知，用 式 （ 54） 可用于計算單個主缸所需的放大比例。我們的實現(xiàn)方式是通過平衡桿機構(gòu)實現(xiàn)。有限元法中的相鄰的小區(qū)域通過邊界上的結(jié)點聯(lián)接起來，可以用一個簡單的插值函數(shù)描述每個小區(qū)域內(nèi)的變形和應(yīng)力，求解過程只需要計算出結(jié)點處的應(yīng)力或者變形，非結(jié)點處的應(yīng)力或者變形是通過函數(shù)插值獲得的，換句話說，有限元法并不求解區(qū)域內(nèi)任意一 點的變形或者應(yīng)力。但是有限元法本身并不 是一種萬能的分析、計算方法，并不適用于所有的工程問題。至于多項式的項數(shù)和階次的選擇，則要考慮倒單元的自由度和解的收斂性要求。首先對其施加 200N 的力觀察一下受力情況。在我畢業(yè)設(shè)計這段時間，無論是在學(xué)習(xí)還是在生活上，恩師都給予了我無微不至的關(guān)懷 。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 畢業(yè)設(shè)計雖已完成了，但由于知識水平的局限，實際經(jīng)驗缺乏，設(shè)計還存在許多不足，有很多地方需要改進。其次，在上面的受力分析圖中，我們可以看到雖然在踩踏過程中制動燈開關(guān)被觸發(fā)，但 其下端由于踏板的緣故還是受到了不小的力作用，這個力作用雖然不大，但制動燈觸發(fā)開關(guān)材質(zhì)是塑料，長時間受力后，必定會受到損壞，因此對于制動燈開關(guān)的布置可以進行優(yōu)化。 （ 1） 首先是將事先做好的 ProE 模型 轉(zhuǎn)換成三維軟件通用的 igs 格式，然后 導(dǎo)入 Ansys 中， 對其基本屬性進行設(shè)定，這里設(shè)定踏板的材料為 強度高的7075 鋁合金，平衡桿和推桿受力大選用結(jié)構(gòu)鋼 ，這三個部件是此次受力分析的主要目的。 有 限元法求解問題，概括起來可以分為以下幾個步驟 : (l)計算對象的離散化 :將要分析的計算模型分割成有限個單元，單元之間設(shè)置連接節(jié)點，并使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，然后構(gòu)成單元集合體以代替原計算對象，并將彈性體邊界約束用邊界上節(jié)點約束去代替。有限元法在超過五十年的發(fā)展歷史中，解決了大量的工程實際問題，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。由于這種方法的有效性，有限單元法的應(yīng)用己從線性問題擴展到非線性問題，分析的對象從彈性材料擴展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料，從連續(xù)體擴展到非連續(xù)體。以上計算中，忽略了液壓系統(tǒng)的損失，事實上，這個損失所占比例很小，是可以忽略不計的 圖 51 前后軸載荷分 析圖 制動時減加速度增加，將導(dǎo)致前軸承載增加，大于后軸所承載的重量，這也是制動點頭的原因 ，如圖 52 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 31 圖 52 前后輪制動力隨制動強度變化的趨勢 圖 53 前后輪制動力對比圖 結(jié)合圖 53可知前后輪制動力在開始階段大小接近，隨著減加速度的逐漸增鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 32 加，前輪制動力加速增大且大于后輪制動力許多；并且可以看到在圖 現(xiàn)象，后輪制動力會達(dá)到一個極值點后開始緩慢減小。 其次，輪胎參數(shù)對制動摩擦因數(shù)有很大的影響。 存在兩種調(diào)節(jié)制動力分配比的方式：第一種是適合于串聯(lián)雙活塞的主缸使用 的比例閥，另一種是適合于兩個獨立主缸使用的平衡桿機構(gòu)。 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 圖 43 卡鉗摩擦片 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 21 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(yuǎn)遠(yuǎn)滿足賽車制動性能的要求 圖 44 制動主缸 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 22 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，厚度為 4mm，對于制動盤來講，散熱問題 是一個不得不考慮的問題 ， 雖然 盤式制動器由于本身散熱性能比較好， 但為提高制動性，我們在制動盤上設(shè)計了散熱孔，如 圖 45所示 圖 44 制動盤 制動管路 制動系統(tǒng)的管路主要分三類，制動軟管，制動銅管，以及連接儲液罐和制動主缸的橡膠軟管，這里主要對，制動銅管和制動軟管的要求比較高，制動銅管要能夠承受至少 10MPa 的液壓，制動軟管連接制動卡鉗和 分流裝置，如圖45,46,47所示 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 23 圖 45 橡膠軟管 圖 46 制動銅管 圖 47 制動軟管 制動儲液罐 對于制動儲液罐，起初的設(shè)計選取的是如圖 48 的相對較大的儲液罐， 考慮要 排空氣來測試制動 系統(tǒng)安全性，但實際使用過程中，較大的制動液罐比較 笨鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 24 拙，也沒有必要裝很多的制動液，在賽車高速行駛時，其慣性較大，若固定不牢，則 存在 安全隱患，所以采用了圖 49較小的儲液罐，但需要經(jīng)常檢查儲液情況 ，防止制動系統(tǒng)出問題。 顯然，制動強度越接近于利用附著系數(shù)，地面的附著條件發(fā)揮的越充 分，汽車的制動力分配的合理程度越高。制動器增力時間大約為 。 當(dāng)大于踏板力 1pF 時，制動器制動力 uF 隨踏板力 pF 成成正 比例繼續(xù)增長，而地面制動力由于受地面附著力限制不再增長，固有公式（ 33） 關(guān)系 bF ≤ ?F = ??zF （ 33） 即可得到最大的地面制動力為 bmaxF = ??zF （ 34） FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 11 式中 ， zF 為作用在輪胎上的地面垂直反作用 力之和 φ 為附著系數(shù) 此時，車輪即抱死不轉(zhuǎn)。 5）圖 2 e為 HH型，由兩個獨立的回路均由每個前、后制動器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個軸對前、后半個軸的分路型式， 由于 HI ,LL， HH 型的機構(gòu)比較復(fù)雜， LL 型與 HH 型在任一回路失效時，前、后制動力的比值均與正常情況下相同，且剩余的總制動力可達(dá)到正常值的 50％左占。這種分路布置方案在各類汽車上均有采用，但在貨車上用得最廣泛。 ?定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 5 鼓式制動器 鼓式制動器是最早形式汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類汽車上。 制動燈高度 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。 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計 4 制動踏板超行程開關(guān) FSAE 大賽對 超行程開關(guān)的要求： 賽車必須裝有制動踏板超行程開關(guān)。 禁止使用線控制動 。 由于，制動的實際情況收很多因素的影響，雖然國內(nèi)車隊在設(shè)計時都進行了大量的理論就算和模型分析，但由于國內(nèi) FSAE 起步晚，而國外專業(yè)生產(chǎn)啟動部件技術(shù)相對成熟， 雖然是學(xué)生賽車，但其速度也具有一定的危險性，因此 出于安全及性能考慮，國內(nèi)車隊大多向國外購買制動 部件，主要向 Wilwood ，APracing 兩家制動車廠商購買，這兩家廠商的制動器，在各方面性能都很不錯，其熱衰退性更是表現(xiàn)突出。FSAE 賽事也給了汽車廠商發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和創(chuàng)意想法的機會。 FSAE 活動由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊參加。 本說明書介紹了大學(xué)生方程式賽車制動的設(shè)計，首先簡述了 FSAE 賽事，汽車制動系的 設(shè)計意義、 國內(nèi)現(xiàn)在對 FSAE 制動的 研究現(xiàn)狀以及 本次 設(shè)計 的 目標(biāo)。 Ansys 鹽城工學(xué)院 2020 屆學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 III 目錄 1緒論 .............................................................. 1 FSAE 賽事介紹 ................................................... 1 .............................................. 2 FSAE 制動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ......................................... 2 .......................................... 2 制動系統(tǒng)規(guī)則和要求 .............................. 3 制動系統(tǒng)概況 .................................................. 3 制動測試 ...................................................... 3 制動踏板超行程開關(guān) ............................................ 4 制動燈 ........................................................ 4 .......................................... 4