【正文】 出平衡桿的制動力分配。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 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 ，隨著減加速度的逐漸增加，前輪制動力加速增大且大于后輪制動力許多；，后輪制動力會達到一個極值點后開始緩慢減小。 圖54 制動力與制動強度變化關(guān)系 要產(chǎn)生足夠的制動力，需要設(shè)計合適放大比例的踏板總成?？梢姡ぐ辶﹄S著減加速度的增大面增大，但其大小不可超過500N ，這是常人的最大腳踏力的典型值，否則可能會造成“力不從心”的結(jié)果，甚至出現(xiàn)事故。因此，要經(jīng)過反復(fù)驗算并結(jié)合實際進行設(shè)計，以滿足要求優(yōu)化結(jié)論 在行車制動時，前輪所需的制動力大于后輪，且隨著減加速度的增加而增加；根據(jù)反復(fù)計算的數(shù)據(jù)與實際情況的綜合考慮得出一組優(yōu)化的制動力分配比，以這些值為基準，對車輛的制動系統(tǒng)進行制動力分配比的實際調(diào)節(jié)以達到一個滿意值。當然，對于不同的路面狀況將會有不同的值，在進行不同路況前調(diào)節(jié)到所對應(yīng)的最佳制動力分配比值，可較好地發(fā)揮制動系統(tǒng)的制動效能。我們的實現(xiàn)方式是通過平衡桿機構(gòu)實現(xiàn)。這些計算數(shù)據(jù)對平衡桿的設(shè)計制作具有指導(dǎo)性的意義；同時，根據(jù)計算數(shù)據(jù)，還可以對踏板的放大比例進行優(yōu)化以便于駕駛員的操作，以在滿足的比賽要求的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮制動效能。6制動有限元分析 有限元法也叫有限單元法(finite element method,簡稱FEM )，是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種彈性力學(xué)問題的數(shù)值求解方法。五十年代初，它首先應(yīng)用于連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域—飛機結(jié)構(gòu)靜、動態(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。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。有限元法最初的思想是把一個大的結(jié)構(gòu)劃分為有限個稱為單元的小區(qū)域，在每一個小區(qū)域里，假定結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力都是簡單的，小區(qū)域內(nèi)的變形和應(yīng)力都容易通過計算機求解出來，進而可以獲得整個結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力。事實上，當劃分的區(qū)域足夠小，每個區(qū)域內(nèi)的變形和應(yīng)力總是趨于簡單，計算的結(jié)果也就越接近真實情況。理論上可以證明，當單元數(shù)目足夠多時，有限單元解將收斂于問題的精確解，實際工作中總是要在計算量和計算精度之間找到一個平衡點。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。大多數(shù)有限元程序都是以結(jié)點位移作為基本變量，求出結(jié)點位移后再計算單元內(nèi)的應(yīng)力，這種方法稱為位移法。有限元法本質(zhì)上是一種微分方程的數(shù)值求解方法，認識到這一點以后，從70年代開始，有限元法的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸從固體力學(xué)領(lǐng)域擴展到其它需要求解微分方程的領(lǐng)域，如流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)等。有限元法在工程中最主要的應(yīng)用形式是結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)形狀的最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)強度的分析，振動的分析等等。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。有限元法的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)設(shè)計趨于理性，設(shè)計出的產(chǎn)品越來越精細，尤為突出的一點是，產(chǎn)品設(shè)計過程的樣機試制次數(shù)大為減少，產(chǎn)品的可靠性大為提高。壓力容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和形狀優(yōu)化，機床切削過程中的振動分析及減振，汽車試制過程中的碰撞模擬，發(fā)動機設(shè)計過程中的減振降噪分析，武器設(shè)計過程中爆轟過程的模擬、彈頭形狀的優(yōu)化等等，都是目前有限元法在工程中典型的應(yīng)用。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展和在工程實際中的應(yīng)用，有限元法被證明是一種行之有效的工程問題的模擬仿真方法，解決了大量的工程實際問題，為工業(yè)技術(shù)的進步起到了巨大的推動作用。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。對于工程中遇到的實際問題，有限元法的使用取決于如下條件:產(chǎn)品實驗或制做樣機成本太高，實驗無法實現(xiàn)，而有限元計算能夠有效地模擬出實驗效果、達到實驗?zāi)康模嬎愠杀疽策h低于實驗成本時，有限元法才成為一種有效的選擇。有限元法經(jīng)過多年的發(fā)展，其基本的數(shù)值算法都已經(jīng)固定下來，商業(yè)化的軟件也超過1000種。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)在一下幾個方面。 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。 (2)單元分析:即用固體力學(xué)理論研究單元的性質(zhì)，從建立單元位移模式入手，導(dǎo)出計算單元的應(yīng)變、應(yīng)力、單元剛度矩陣和單元等效節(jié)點載荷向量的計算公式，討論單元平衡條件，建立單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關(guān)系。 (3)建立單元位移模式 為了描述單元體內(nèi)任一點的位移，必須對單元中位移的分布做出一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標的某種簡單函數(shù)，這種函數(shù)稱為位移模式或插值函數(shù)。，其原因是多項式的數(shù)學(xué)運算比較方便，并且由于所有函數(shù)的局部都可以用多項式逼近。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。對協(xié)調(diào)單元應(yīng)滿足相容性和完備性要求。一般來說，多項式的項數(shù)應(yīng)等于單元的自由度數(shù)，它的階次應(yīng)包括常數(shù)項和線性項等。 通過前一章的計算，本次設(shè)計的制動系統(tǒng)在賽車制動系能上達到了要求，但在材料性能上，由于受力點復(fù)雜，很難通過普通計算得出結(jié)論，因此，必須借助軟件進行受力分析，以檢測強度是否滿足要求。（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。（2） 網(wǎng)格劃分，理論上網(wǎng)格劃分越細越好，網(wǎng)格劃分的越小，受力分析越精確，但，必須保證劃分的網(wǎng)格形狀均勻。這里取值5mm，劃分結(jié)果如圖61，從圖可見，網(wǎng)格劃分的形狀相似，均為三角型網(wǎng)格，未出現(xiàn)其他形狀，此次網(wǎng)格劃分是符合精度要求的。 圖61 網(wǎng)格劃分結(jié)果在網(wǎng)格劃分之后，對其進行固定和施加載荷，選擇底面為固定面，踏板面為載荷施加面。首先對其施加200N的力觀察一下受力情況。如圖62，從圖中可以看到，當施加200N力時，受力穩(wěn)定，無任何明顯變形 圖62 200N時受力分析（3） 由于此次設(shè)計，設(shè)定最大的踏板力為500N，雖然實際制動不需要這么大的力，但為防止意外，這里主要測試當踩踏力為500N時，是否符合要求 圖63 未施加時狀態(tài) 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，制動系統(tǒng)的受力變化，從上圖可知，制動系統(tǒng)的主要受力部位為平衡桿和推桿，推桿的最大受力部位為調(diào)節(jié)部位，結(jié)合圖64的材料屈服極限，此次使用的是普通碳素鋼，其最小的屈服強度為213Mpa，由此可見，本次設(shè)計的制動系統(tǒng)在材料的的受力上滿足要求。 圖64 常用材料的屈服極限本次制動設(shè)計，通過以上計算和軟件分析可以得到這樣的結(jié)論，此次設(shè)計的制動系統(tǒng)最大受力位置在平衡桿上，同時主缸推桿也是一個主要受力部位，因此，這兩個部件的挑選高強度材料。雖然在要求上已經(jīng)達到了FSAE組委會的得要求，但在設(shè)計體積上還是相對大了一些，由于受到制動主缸等實際材料的的限制，通過之前的計算，這種大型的主缸以遠遠滿足制動的要求，對于FSAE賽車來說還是有些多余，因此下屆的設(shè)計首先要找到合適的主缸。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。 主要參考文獻[ 1 ] 西華大學(xué)，F(xiàn)SAE制動設(shè)計報告，城市汽車，2011年07期.[ 2 ] 唐應(yīng)時，F(xiàn)SAE賽車性能仿真與優(yōu)化，計算機仿真，2010年05期. [ 3 ] 賀邵華，F(xiàn)SEA賽車制動設(shè)計，農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012年12期.[ 4 ] 蔣毅，客車制動系統(tǒng)發(fā)展趨勢，企業(yè)導(dǎo)報，2010年07期.[ 5 ] 余志生，汽車理論，機械工業(yè)出版社，第四章.[ 6 ] 董建軍，商用車制動系統(tǒng)發(fā)展趨勢，現(xiàn)代零部件，2011年02期.[ 7 ] 天津大學(xué)FSAE賽車隊， 天津大學(xué)2010賽車設(shè)計報告，第七章.[ 8 ] 陳家瑞，汽車構(gòu)造，機械工業(yè)出版社，第二十四章.[ 9 ] 奉銅明，湖南大學(xué)FSAE制動系統(tǒng)設(shè)計與制造，2011年11期.[ 10 ] 吳劍增，氣壓盤式制動器性能優(yōu)勢應(yīng)用，城市車輛，2009年08期.[ 11 ] 魏小華，氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)特點也分析，中國科技信息，2009年06期[ 12 ] 張海青，耐高溫的盤式制動片，非金屬礦，2008年07期.[ 13 ] 方泳龍，汽車制動理論與設(shè)計，國防工業(yè)出版社.[ 14 ] L?？嘶舳?，D克林恩喬克 ，汽車制動系統(tǒng) ，機械工業(yè)出版社.致謝轉(zhuǎn)眼間就到了畢業(yè)答辯的時間，回想起做畢業(yè)設(shè)計的日子，雖然過程很枯燥乏味，但是每當有進展的時候，都會特別有成就感，心里都會偷偷地發(fā)笑。在本文完成之際，首先向我的導(dǎo)師湯沛老師致以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。幾個月以來，他不遺余力地對我的設(shè)計進行了指導(dǎo)。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。另外，還要感謝之前參與中期答辯及預(yù)答辯的孫寧老師，李書偉老師等，他們以其淵博的知識，寬厚的胸懷、無私的敬業(yè)精神以及嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和開拓進取的精神激勵著我，并言傳身教，身體力行地不斷培養(yǎng)我獨立思考，深入探索，解決實際問題的能力，使我受益匪淺。本設(shè)計之能完成，湯老師老師給與了關(guān)鍵性的技術(shù)指導(dǎo)，并指明了研究的方向，在此向湯老師表示衷心的感謝和敬意!此外還要感謝那些給予過我關(guān)心、幫助的同學(xué)，正是有了大家的關(guān)懷、鼓力和我自己的努力，此設(shè)計才得以順利完成。同時還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下良好的汽車專業(yè)知識的基礎(chǔ)；為我們以后的工作實踐做好了鋪墊。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。對于這些不足，我會在今后的工作、生活中努力去改正，并利用自已所學(xué)到的知識，為社會作更多的貢獻，成為一個對社會有用的人。最后預(yù)祝鹽城工程學(xué)院汽車學(xué)院發(fā)展越來越好，前程似錦！