【正文】 ..... 39 分析與改進(jìn) ..................................................................................................... 43 主要參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 45 致謝 .............................................................................................................................. 46 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 FSAE 賽事介紹 Formula SAE，是由各國(guó) SAE，即汽車工程師協(xié)會(huì)舉辦的面向在讀或畢業(yè) 7個(gè)月以內(nèi)的本科生或研究生舉辦的一項(xiàng)學(xué)生 方程式賽車 比賽，要求在一年的時(shí)間內(nèi)制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項(xiàng)目業(yè)余休閑賽車。 關(guān)鍵詞 ： FSAE ； 制動(dòng) ； Ansys FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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。然后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行方案選擇，主要包括制動(dòng)器油路的布置，制動(dòng)方式的選擇 ，然后 通過賽車本身的一些參數(shù)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行初步的計(jì)算設(shè)計(jì) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 FSAE 方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 汽車服務(wù)工程 學(xué)生姓名 班 級(jí) B 汽車 09 學(xué) 號(hào) 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(jì) I FSAE 方程式賽車制動(dòng)系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 : Formula SAE 學(xué)生賽車 比賽 是由美國(guó)車輛工程師學(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，本 次 設(shè)計(jì)將依照 大賽 賽規(guī) 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本說明書介紹了大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)的設(shè)計(jì)，首先簡(jiǎn)述了 FSAE 賽事，汽車制動(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)。 在得出初步的制動(dòng)參數(shù)后進(jìn)行制動(dòng)器材的選擇，再結(jié)合實(shí)際制動(dòng)部件的詳細(xì)參數(shù)對(duì) 制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)，利用這些數(shù)據(jù)在 ProE 中建立模型 ，最后將模型導(dǎo)入 Ansys 中，對(duì)其施加載荷，模擬實(shí)際工作時(shí)受力情況，找出受力點(diǎn)，結(jié)合軟件最終 設(shè)計(jì)出符合比賽要的制動(dòng)系統(tǒng)。 Braking。自 1981 年創(chuàng)辦以來， FSAE 已發(fā)展成為每年由 7個(gè)國(guó)家舉辦的 9 場(chǎng)賽事所組成，并有數(shù)百支來自全球頂級(jí)高校的車隊(duì)參與的青年工程師盛會(huì)。 FSAE 活動(dòng)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。比賽過程中，參賽隊(duì)不僅要闡述設(shè)計(jì)理念，還要由評(píng)審裁判對(duì)該車進(jìn)行若干項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)目。同時(shí)，還學(xué)習(xí)到組織管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、物流運(yùn)輸、 汽車運(yùn)動(dòng) 等多方面知識(shí)，培養(yǎng)了良好的人際溝通能力和 團(tuán)隊(duì)合作 精神，成為符合社會(huì)需求的全面人才。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開始、興奮的初步設(shè)計(jì)、激烈的爭(zhēng)執(zhí)、毫無方向的采購(gòu)和加工、無可奈何的妥協(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 ,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(huì)。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng)，它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置，而制動(dòng)器又是制動(dòng)系統(tǒng)中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全 部件。隨著經(jīng)濟(jì) 的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大 ，人們對(duì) 汽車的 安全性、可靠性的要求越來越高， 而制動(dòng)系系統(tǒng)優(yōu)劣很大程度上決定了車輛行駛的 安全 性 ， 因此 為汽車配備 一套 十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng) 保證人們的安全是每個(gè)車輛設(shè)計(jì)者宗旨 。 FSAE 制動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 賽車 制動(dòng)時(shí)，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車的速度逐步減小到 0，對(duì)這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動(dòng)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，因此制動(dòng)過程受力情況分析是車輛試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，由于這一過程較為復(fù)雜，因 此一般在實(shí)際中只能建立簡(jiǎn)化模型分析通過 ansys 等有限元軟件來模擬實(shí)際受力情況。 由于，制動(dòng)的實(shí)際情況收很多因素的影響，雖然國(guó)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(guó)內(nèi) FSAE 起步晚，而國(guó)外專業(yè)生產(chǎn)啟動(dòng)部件技術(shù)相對(duì)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(guó)內(nèi)車隊(duì)大多向國(guó)外購(gòu)買制動(dòng) 部件，主要向 Wilwood ， APracing 兩家制動(dòng)車廠商購(gòu)買，這兩家廠商的制動(dòng)器，在各方面性能都很不錯(cuò)，其熱衰退性更是表現(xiàn)突出。 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)規(guī)則和要求 賽車必須配備有剎車系統(tǒng)。 1） 它必須有兩套獨(dú)立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄漏或失效時(shí)，至少在兩輪上還保持有有效的制動(dòng)力。 2） 單個(gè)剎車作用時(shí)，有限的滑移差是可以接受的。 4） 禁止使用線控制動(dòng) 。 7） 從側(cè)面看，安裝在賽車簧上（簧上質(zhì)量：指懸架支撐的質(zhì)量）部分上的剎車系統(tǒng)的任何部分都 不可以伸到車架或者承載式車身的下表面以下。通過賽會(huì)任何官員在正常坐姿下施加在踏板上的最大踩踏力檢測(cè)。 賽車的制動(dòng)系統(tǒng)將被進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試時(shí)，賽車將首先在制動(dòng)檢查官規(guī)定的直道上加速，在直道末端，賽車必須制動(dòng)至靜止，并要求四輪抱死且不跑偏。當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)引起制動(dòng)踏板的行程超出 正常范圍時(shí)，該開關(guān)必須能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2）重復(fù)的作用該開關(guān)不能恢復(fù)上述系統(tǒng)的電源。 3）該開關(guān)必須為模擬電路元器件，不能通過可編程邏輯控制器、 ECU，或有相似功能的數(shù)字控制器來替代。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。 本次制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1） 制動(dòng)系統(tǒng)方案的分析與 選擇 。 （ 3） 制動(dòng)各部件部件的選取 與計(jì)算。 2 制動(dòng)系統(tǒng)的方案分析與選擇 制動(dòng)器形式方案分析 汽車制動(dòng)器幾乎均為機(jī)械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件和固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力矩使汽車減速或停車。 鼓式制動(dòng)器 鼓式制動(dòng)器是最早形式汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 各類汽車上。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者則安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動(dòng)鼓。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦蹄片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，通常所說的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)，鼓式制動(dòng)器按蹄的類型分為 1) 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 如圖 21 所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn)），則蹄 1為領(lǐng)蹄，蹄 2為從蹄。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄使制動(dòng)器。增勢(shì)作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而減勢(shì)作用使從蹄所受的法向反力減小。 圖 21 領(lǐng)從蹄 式 制動(dòng)器 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2) 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器， 則稱為雙領(lǐng)蹄使制動(dòng)器（如圖22 所示）。如圖所示，兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)，兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平面式制動(dòng)器。 圖 22 雙領(lǐng)從蹄式 制動(dòng)器 3) 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器（如圖 23所示）。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛應(yīng)用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)用于駐車制動(dòng)。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 24 單向增力式制動(dòng)器 5）雙向增力式制動(dòng)器 將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動(dòng)器 (如圖 25所示 )。雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車上用的較多，而 且常常將其作為行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)功用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動(dòng)過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比 較小的后輪和駐車制動(dòng)。 1）鉗盤式 鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動(dòng)器、浮鉗盤式制動(dòng)器等。具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無其他滑動(dòng)件，易于保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。 2）全盤式 鹽城工學(xué)院 2020 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 在全盤制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。 盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）制動(dòng)效能穩(wěn)定性好； 2）制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)； 3）易于構(gòu)成雙回路 ，有較高的可靠性和安全性； 4）尺寸小、質(zhì)量小、散熱好； 5）制動(dòng)襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻； 6）更換襯塊工作簡(jiǎn)單容易。 8）易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式選擇 根據(jù)動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)及伺服制動(dòng)三大類型。而傳力方式有機(jī)械 式和液壓式兩種。 液壓式的簡(jiǎn)單制動(dòng)系統(tǒng)通常稱為液壓制動(dòng)系，用于行車制動(dòng)裝置。但其有限的力傳動(dòng)比限制了它在汽車上的適用范圍。但由于操作較沉重，不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車提高操作輕便性的要求，故當(dāng)前僅多用于微型汽車上，在轎車和輕型汽車已經(jīng)極少采用。在簡(jiǎn)單制動(dòng)系中的踏板力 與其行程間的發(fā)比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)系中便不復(fù)存在。 1)氣壓制動(dòng)系