【正文】 作者簽名： 日 期： FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 43 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 圖 64 常用材料的屈服極限 FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 本次制動(dòng)設(shè)計(jì)， 通過(guò)以上計(jì)算和軟件分析 可以得到這樣的結(jié)論，此次設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)最大受力位置在平衡桿上，同時(shí)主缸推桿也是一個(gè)主要受力部位，因此，這兩個(gè)部件的挑選高強(qiáng)度材料。有限元法經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其基本的 數(shù)值算法都已經(jīng)固定下來(lái)，商業(yè)化的軟件也超過(guò) 1000 種。 FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 6 制動(dòng)有限元分析 有限元法也叫有限單元法 (finite element method,簡(jiǎn)稱(chēng) FEM )，是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種彈性力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值求解方法。下面是相關(guān)計(jì)算公式： 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 前軸質(zhì)量分配計(jì)算公式： fW = jfW ? ?? ?lhg //aW? （ 51） 其中， fbW ：以一定的減加速度（ a/g）制動(dòng)時(shí)分配在前軸上的重量 fjW ：以一定速度行駛無(wú)制動(dòng)但考慮空氣動(dòng)力效應(yīng)時(shí)分配在前軸上的重量 W ：車(chē)輛總重 （ a/g）：減加速度，以 g為單 位值，其大小可從處于高速病具有空氣下壓作用是的 3g到在冰面上行駛時(shí)的 h：車(chē)輛相對(duì)于地面的質(zhì)心高 l：軸距 后軸重量分配計(jì)算公式 ? ?? ?lh /a /gWWW bjb ? （ 52） 其中 bW ：以一定的減速度（ a/g）制動(dòng)時(shí)分配在前軸上的重量 jbW：以一定的速度行駛無(wú)制動(dòng)但考慮空氣動(dòng)力效應(yīng)時(shí)分配在后軸上的重量 從 上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)減加速度（當(dāng) (a / g)較小時(shí)）較低時(shí)，前后軸重 量分配幾乎與靜止時(shí)的分配比相同。 m （ 42） FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 其中 Tmaxf為前軸最大制動(dòng)力矩 Tmaxb為后軸最大制動(dòng)力矩 q 為制動(dòng)強(qiáng)度 ，即 a/g，這 里取 R 為車(chē)輪有效滾動(dòng) 半 φ 0為同步附著系數(shù) 制動(dòng)卡鉗活塞直徑預(yù)計(jì)算 再 由 公式 （ 43） 計(jì)算出單個(gè)制動(dòng)卡鉗 對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力 Nf = r2 padfT? = N （ 43） Nb = N 其中 Tf為前后軸最大制動(dòng)力 矩 N單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力 pad? 為 制動(dòng)塊與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦因素 ，通常取 ～ 之間，這里取 r 為制動(dòng)盤(pán)半徑，根據(jù) 輪輞在尺寸，設(shè)計(jì)制動(dòng)盤(pán)直徑為 220mm 根據(jù)單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力，計(jì)算制動(dòng)卡鉗活塞直徑 ，如式（ 44） Df ≥ 2 1T 實(shí)在反應(yīng)時(shí)間后從加速踏板移動(dòng)到制動(dòng)踏板所需要的換位時(shí)間，以及消除制動(dòng)裝置間隙 和克服彈簧變形所需的結(jié)合時(shí)間，然后才開(kāi)始制動(dòng)壓力的增長(zhǎng)。因此，采用這種布置方案的汽車(chē)，其主銷(xiāo)偏移距應(yīng)取負(fù)值 (至 20 mm)，這樣，不平衡的制動(dòng)力使車(chē)輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車(chē)的方向穩(wěn)定性。在汽車(chē)制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車(chē)的中央制動(dòng)器，通常所說(shuō)的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)， 盤(pán)式制動(dòng)器 盤(pán)式制動(dòng)器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤(pán)式和全盤(pán)式兩大類(lèi)。 制動(dòng)燈 本次大賽對(duì)制動(dòng)燈的要求如下： 動(dòng)燈必須為紅色，至少 15 瓦（或等同于 15 瓦），且從后方清晰可見(jiàn)。 單個(gè)剎車(chē)作用時(shí)，有限的滑移差是可以接受的。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開(kāi)始、興奮的初步設(shè)計(jì)、激烈的爭(zhēng)執(zhí)、毫無(wú)方向的采購(gòu)和 加工、無(wú)可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，參與者能獲得的不僅僅是 CATIA ， UG ， ANSYS以及焊接、定位、機(jī)加工技能 ,更有汽車(chē)工程師的基本素養(yǎng)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) FSAE 方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院 2020 屆學(xué)士畢業(yè)設(shè)計(jì) I FSAE 方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 : Formula SAE 學(xué)生賽車(chē) 比賽 是由美國(guó)車(chē)輛工程師學(xué)會(huì) 于 1979 年創(chuàng)立， 2020 年 在中國(guó)舉辦第一屆中國(guó)大學(xué)生方程式賽車(chē)，本 次 設(shè)計(jì)將依照 大賽 賽規(guī) 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 與此同時(shí)，管理和運(yùn)營(yíng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)讓未來(lái)的企業(yè)管理者接受了一次難度十足的鍛煉。 剎車(chē)系統(tǒng)必須在以下的測(cè)試中，能夠抱死所有四個(gè)輪。如果使用了 LED（發(fā)光二極管）制動(dòng)燈，則必須在非常強(qiáng)的日光下也清晰可見(jiàn)。 1）鉗盤(pán)式 鉗 盤(pán)式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤(pán)式制動(dòng)器、浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器等。 3） 圖 21 c為 HI型，其左、右前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后輪制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的回路，而兩前輪制動(dòng)器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路，可看成是一軸半對(duì)半個(gè)軸的分路型式 4）圖 21 d為 LL型，由兩個(gè)獨(dú)立的問(wèn)路分別為兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器所組成。這些時(shí)間的總和為 1T ,取 ～ ，這段時(shí)間內(nèi)，將腳從加速踏板移開(kāi)后，由發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩和汽車(chē)行駛阻力，將會(huì)出現(xiàn)一定的減速度 1a 2T 為制動(dòng)器起作用時(shí)間，隨著駕駛員踩踏板的動(dòng)作，踏板力迅速增大，制動(dòng)力也隨之增大到最大。pNf?? = = mm （ 44） Db ≥ mm 其中， D 為制動(dòng)卡鉗活塞直徑 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 P 為制動(dòng) 軟 路所承受的壓力，通常不能超過(guò) 10MPa～ 12MPa，這里取 5 MPa 通過(guò)以上計(jì)算， 可得出所選擇的制動(dòng)卡鉗活塞直 ,即前制動(dòng)卡鉗活塞直徑要大于，后制動(dòng)卡鉗直徑要大于 mm。對(duì)于較高的減加速度，式中第二項(xiàng)成為決定 因素，較低的質(zhì)心和較長(zhǎng)的軸距可以直到減小這一項(xiàng)影響的作用。五十年代初，它首先應(yīng)用于連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域 — 飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中，用以求得結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、固有頻率以及振型。在這些大大小小的有限元軟件中，其基本的、核心的算法都是一樣的，沒(méi)有太大的不同，甚至很多軟件核心部分的代碼都是相同的，它們主要的不同表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面。 雖然在要求上已經(jīng)達(dá)到了 FSAE 組委會(huì)的得要求，但在設(shè)計(jì)體積上還是相對(duì)大了一些，由于受到 制動(dòng)主缸等實(shí)際材料的的限制，通過(guò)之前的計(jì)算，這種大型的主缸以遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足制動(dòng)的要求，對(duì)于 FSAE 賽車(chē)來(lái)說(shuō)還是有些多余，因此下屆的設(shè)計(jì)首先要找到合適的主缸。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏(yíng)利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 如圖 62，從圖中可以看到，當(dāng)施加 200N 力時(shí)，受力穩(wěn)定，無(wú)任何明顯變形 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 圖 62 200N時(shí)受力分析 （ 3） 由于此次設(shè)計(jì)，設(shè)定最大的踏板力為 500N，雖然實(shí)際制動(dòng)不需 要這么大的力，但為防止意外，這里主要測(cè)試當(dāng)踩踏力為 500N 時(shí)，是否符合要求 圖 63 未施加時(shí)狀態(tài) FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37 圖 64 500N受力分析圖 圖 65 500N，受力變形圖 如圖 63 到 65，施加 500N 的 踩踏力之后， 制動(dòng)系統(tǒng)的受力變化，從上圖可知，制動(dòng)系統(tǒng)的主要受力部位為平衡桿和推桿， 平衡桿的最大受力點(diǎn) 在平衡桿上 為， 推桿的最大受力部位為調(diào)節(jié)部 位，為 結(jié)合 圖 64 的 材料屈服極限 ，此次使用的是普通碳素鋼，其最小的屈服強(qiáng)度為213Mpa，由此可見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)在材料的的受力上滿(mǎn)足要求。對(duì)于工程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，有限元法的使用取決于如下條件 :產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)或制做樣機(jī)成本太高，實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而有限元計(jì)算能夠有效地模擬出實(shí)驗(yàn)效果、達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?jì)算成本也遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)成本時(shí)，有限元法才成為一種有效的選擇。這些計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)平衡桿的設(shè)計(jì)制作具有指導(dǎo)性的意義；同時(shí)，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，還可以對(duì)踏板的放大比例進(jìn)行優(yōu)化以便于駕駛員的操作，以在滿(mǎn)足的比賽要求的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮制動(dòng)效能。對(duì)于既要在干路面又要在濕路面行走的車(chē)輛，這樣的計(jì)算要進(jìn)行兩次以找到最佳制動(dòng)力分配比的調(diào)節(jié)范圍。 m ? ?qhllwbbT m a x ?φ 0R = N制動(dòng)時(shí)間格為 0T 、 1T 、 2T 、 3T ， 由四段路程組 成 0S 、 1S 、 2S 、 3S 圖 33 制動(dòng)減速度，制動(dòng)速度，距離與時(shí)間關(guān)系 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 0T 是駕駛員接到制動(dòng)停車(chē)信號(hào)后的反應(yīng)時(shí)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(shí)間內(nèi)汽車(chē)仍以原來(lái)的初速度 0V 行駛。 此時(shí)前、后各有一側(cè)車(chē)輪有制動(dòng)作用，使制動(dòng)力不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用 車(chē)輪的一側(cè)繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外圓柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對(duì)摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱(chēng)為帶式制動(dòng)器。 開(kāi)關(guān)必須為模擬電路元器件，不能通過(guò)可編程邏輯控制器、 ECU，或有相似功能的數(shù)字控制器來(lái)替代。每個(gè)液壓回路必須有其專(zhuān)屬的儲(chǔ)液罐（可用獨(dú)立儲(chǔ)液罐或用原廠(chǎng)的儲(chǔ)液罐）。 毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于對(duì)汽車(chē)的了解僅限于書(shū)本和個(gè)人駕乘體驗(yàn)的大學(xué)生而言，組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一輛純粹而高性能的賽車(chē)并將它制造出來(lái)，是一段極具挑戰(zhàn)，同時(shí)也受益頗豐的過(guò)程。 本說(shuō)明書(shū)介紹了大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)的設(shè)計(jì)，首先簡(jiǎn)述了 FSAE 賽事，汽車(chē)制動(dòng)系的 設(shè)計(jì)意義、 國(guó)內(nèi)現(xiàn)在對(duì) FSAE 制動(dòng)的 研究現(xiàn)狀以及 本次 設(shè)計(jì) 的 目標(biāo)。FSAE 賽事也給了汽車(chē)廠(chǎng)商發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和創(chuàng)意想法的機(jī)會(huì)。 禁止使用線(xiàn)控制動(dòng) 。 制動(dòng)燈高度 必須在車(chē)輪中心線(xiàn)和車(chē)手肩膀高度之間，且接近賽車(chē)中心線(xiàn)。 ?定鉗盤(pán)式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤(pán)與車(chē)輪相連并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽中旋轉(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(dòng)器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對(duì)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(dòng)力的比值均與正常情況下相同，且剩余的總制動(dòng)力可達(dá)到正常值的 50％左占。制動(dòng)器增力時(shí)間大約為 。 制動(dòng)卡鉗的選擇 根據(jù) 以上 計(jì)算，選購(gòu)了圖 42的制動(dòng)卡鉗，其活塞直徑為 34 mm，內(nèi)部直徑為 28mm 圖 42 制動(dòng)卡鉗 圖 43 卡鉗摩擦片 FSAE 大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 制動(dòng)主缸的確定 已知條件： （ 1）制動(dòng)卡鉗為雙活塞，活塞 內(nèi)部 直徑為 28mm （ 2）制動(dòng)卡鉗與制動(dòng)盤(pán)間隙 ? 一般 取 ～ ，這里取 (3) 制動(dòng)主缸的行程 s通常取 5mm～ 10mm，這里取 5mm 制動(dòng)時(shí)，卡鉗所需要的