【正文】 后軸載荷與制動強(qiáng)度關(guān)系 制動力矩預(yù)計(jì)算 同步附著系數(shù) φ 0的計(jì)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(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動力矩，計(jì)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(jì) 25 圖 410 微動開關(guān) 圖 411 超行程開關(guān) 制動踏板的設(shè) 計(jì) 由于 FSAE 賽車的特殊性，制動踏板必須自行設(shè)計(jì)，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(jì)軟件，初步設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)算得出 首先，需要估計(jì)出一個(gè)最大減加速度值以計(jì)算制動時(shí)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(jì)算單個(gè)主缸所需的放大比例。我們的實(shí)現(xiàn)方式是通過平衡桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。有限元法中的相鄰的小區(qū)域通過邊界上的結(jié)點(diǎn)聯(lián)接起來，可以用一個(gè)簡單的插值函數(shù)描述每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的變形和應(yīng)力，求解過程只需要計(jì)算出結(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力或者變形，非結(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算方法，并不適用于所有的工程問題。至于多項(xiàng)式的項(xiàng)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(jì)這段時(shí)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(gè)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(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 畢業(yè)設(shè)計(jì)雖已完成了，但由于知識水平的局限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，設(shè)計(jì)還存在許多不足，有很多地方需要改進(jìn)。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(gè)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(shí)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(jìn)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(jìn)行設(shè)定，這里設(shè)定踏板的材料為 強(qiáng)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(gè)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(gè)步驟 : (l)計(jì)算對象的離散化 :將要分析的計(jì)算模型分割成有限個(gè)單元，單元之間設(shè)置連接節(jié)點(diǎn)，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(jì)算對象，并將彈性體邊界約束用邊界上節(jié)點(diǎn)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(shí)際問題，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)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(kuò)展到非線性問題，分析的對象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料，從連續(xù)體擴(kuò)展到非連續(xù)體。以上計(jì)算中，忽略了液壓系統(tǒng)的損失，事實(shí)上，這個(gè)損失所占比例很小，是可以忽略不計(jì)的 圖 51 前后軸載荷分 析圖 制動時(shí)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(diǎn)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(jì) 31 圖 52 前后輪制動力隨制動強(qiáng)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(jì) 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(gè)極值點(diǎn)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(gè)獨(dú)立主缸使用的平衡桿機(jī)構(gòu)。 制動卡鉗的選擇 根據(jù) 以上 計(jì)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(jì) 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(shí)，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(gè)行程所需要的體積 V（ d） ，式（ 45） V（ d） = s4d2 ??? （ 45） 由于 V（ d ≥ V(D) 計(jì)算得 d≥ mm 結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)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(jì) 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(fèi)用又較高，制動盤可以自行設(shè)計(jì)，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(gè)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(jì)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(jì) 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(jì)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(shí)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(jì) 24 拙，也沒有必要裝很多的制動液，在賽車高速行駛時(shí)，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(qiáng)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(shí)間大約為 。 當(dāng)大于踏板力 1pF 時(shí)，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(jì) 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(shí)，車輪即抱死不轉(zhuǎn)。 5）圖 2 e為 HH型，由兩個(gè)獨(dú)立的回路均由每個(gè)前、后制動器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對前、后半個(gè)軸的分路型式， 由于 HI ,LL， HH 型的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜， LL 型與 HH 型在任一回路失效時(shí)，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(jì) 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(jì) 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(shí)際情況收很多因素的影響，雖然國內(nèi)車隊(duì)在設(shè)計(jì)時(shí)都進(jìn)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(xiǎn)性，因此 出于安全及性能考慮，國內(nèi)車隊(duì)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(cuò)，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(jī)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(duì)參加。 本說明書介紹了大學(xué)生方程式賽車制動的設(shè)計(jì)，首先簡述了 FSAE 賽事，汽車制動系的 設(shè)計(jì)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(jì) 的 目標(biāo)。 Ansys 鹽城工學(xué)院 2020 屆學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)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