生fsae賽車第三屆制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系是汽車最重要的安全系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合適，不僅直接影響安全駕駛，還影響操作穩(wěn)定性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及舒適性，直接關(guān)系到成績(jī)。制動(dòng)系統(tǒng)本文的重點(diǎn)是參數(shù)的選取和零部件的校核，同時(shí)采用了1.0g、1.3g和1.4g附著系數(shù)進(jìn)本設(shè)計(jì)存在一定的缺陷，但已完全滿足第三屆使用，且對(duì)以后制動(dòng)系的設(shè)計(jì)具有一定 ；制動(dòng)系；制動(dòng)盤；熱分Brakesystemisthemostimportantcomponentofthecarinsecurity.Thedesignoftheracingcarbrakesystemnotonlyhasanimportantimpactonsafetydriving,alsohasdirectlyeffectsonmaneuverability,powerandeconomicperformance,andcomfortabledriving,inotherwords,itdirectlyaffectstheresultoftheracing.Thatinall,theperformanceofthebrakesystemwillbetestedineachstepduringtherace.ThisarticlebeginswithintroducingtherulesofFSAEandreferringtotherelevantinformationathomeandabroad.Thencalculatingbrakingsystemparametersbasedonexistdata,matchingsomeimportantpartsaccordingtotheselectedparameters,atthesametime,amendingtheoriginalparametersaccordingtothepurchasedparts.Afterthatwewillestablishofthree-dimensionalmodelbyCATIAandinspectitsinterferencewithotherpartners.Thenwewillhavethecomponentstopologyoptimizedandmechanicalsimulationyzedusingthefiniteelementysissoftware,andhavethebrakedisc’stemperaturefieldandthermalstresschecked.Atlast,wewillmakesomedescriptionoftheinstallationofallcomponents.Thefocusofthisarticleistheselectionoftheparametersandthecheckofthebrakecomponents.Inthisarticle,wewilluse1.0g,1.3gand1.4gcoefficientofroadforparameterselectionandoptimizeddriveidea(firsttopologyoptimization,thenchecking)fordesigningandchecking.Althoughthisdesignhassomelimitation,itperfectlymeetstheneedsofthethirdcar,andysaguidingforthebrakingsystemdesignlater.Keyword：FSAEracingcar，Brakesystem，Brakedisc 第一章FSAE制動(dòng)系設(shè)計(jì)背景與意 FSAE賽事簡(jiǎn) 1.2制動(dòng)系的要 1.3制動(dòng)系的設(shè)計(jì)意義與設(shè)計(jì)任 第二 國(guó)內(nèi)外制動(dòng)系相關(guān)研 制動(dòng)分 制動(dòng)評(píng) 制動(dòng)安 制動(dòng)力分 制動(dòng)系材 制動(dòng)系發(fā) 第三章制動(dòng)總成選 盤式制動(dòng)的結(jié)構(gòu)與優(yōu) FSAE制動(dòng)總成的形式與布 制動(dòng)系統(tǒng)過(guò)程設(shè) 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)的確 制動(dòng)時(shí)的受力分 理想的制動(dòng)力分配曲 同步附著系數(shù)與制動(dòng)力分配系 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效 地面制動(dòng)力與制動(dòng)力 制動(dòng)主缸、制動(dòng)卡鉗和制動(dòng)塊的選 制動(dòng)主 制動(dòng)卡 制動(dòng)盤的設(shè) 車輪抱死要 制動(dòng)器制動(dòng)力要 踏板力要 主缸壓強(qiáng)、制動(dòng)鋼喉以及壓力傳感 制動(dòng)效 踏板總成設(shè) 人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn) 制動(dòng)踏 油門踏 踏板支 制動(dòng)主缸安裝支 本章小 第四章關(guān)鍵零部件強(qiáng)度校 制動(dòng)盤強(qiáng)度校 邊界條件處 校核結(jié) 制動(dòng)踏板校 制動(dòng)踏板的邊界條件處 校核結(jié) 油門踏板的校 油門踏板的邊界條件處 校核結(jié) 踏板支架校 踏板支架的邊界條件處 校核結(jié) 主缸支架校 主缸支架的邊界條件處 校核結(jié) 其他簡(jiǎn)單零件校 制動(dòng)踏板 油門踏板 油門拉 本章小 第五章制動(dòng)盤熱場(chǎng)分 有限元分析軟件ANSYS簡(jiǎn) 制動(dòng)盤熱理論概 制動(dòng)盤熱分析參 熱流密 摩擦副間熱分配系 熱對(duì)流散熱系數(shù) 熱輻 初始條件假 材料屬 仿真結(jié)果分 最高溫 最高溫度位置變 溫度隨時(shí)間變 熱梯度與熱應(yīng) 本章總 第六章制動(dòng)系的安 踏板總成安 制動(dòng)踏板安裝與限 油門踏板安裝與限 踏板支架安 中間裝置安 主缸安 制動(dòng)鋼喉安 附件安 制動(dòng)盤總成安 制動(dòng)盤與輪轂連 卡鉗的安 傳感器等安 本章總 第七章總結(jié)與展 設(shè)計(jì)工作總 與前兩屆的比 設(shè)計(jì)不足與展 參考文 致 第一章FSAEFSAEFSAE（FormulaSAE- ，即學(xué)生方程式汽車大賽的簡(jiǎn)稱，汽車工程學(xué)會(huì)及其合作會(huì)員單位，在學(xué)習(xí)和總結(jié)國(guó)際FormulaSAE學(xué)生方程式相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)在加速、制動(dòng)、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑，并能夠成功完成全部成本控制、商業(yè)等綜合能力，為學(xué)生們營(yíng)造了創(chuàng)造性學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)氛圍，激發(fā)了學(xué)生們學(xué)中國(guó)第一屆FSAE比賽于2010年11月在國(guó)際場(chǎng)成功舉辦，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)的自主發(fā)展道路。在第一屆FSAE中國(guó)賽中，一共有20支隊(duì)伍參加，包括、同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)、理工大學(xué)和湖南大學(xué)等隊(duì)伍。第二屆比賽于2011年10月同樣是國(guó)際場(chǎng)舉行。參賽隊(duì)伍除由原20所增加到40所外，還包含一所德國(guó)慕尼黑大學(xué)1.2制動(dòng)系的要對(duì)制動(dòng)系的規(guī)定[1]，有幾點(diǎn)需要只能使用傳統(tǒng)的人力制動(dòng)系統(tǒng)，使用線控、ABS、動(dòng)力制動(dòng)等 動(dòng)系必須能充分利用附著力配合轉(zhuǎn)向系使在平地上做定半徑轉(zhuǎn)向，而在高速轉(zhuǎn)向過(guò)程中，既要防止后軸的側(cè)滑，又要保證的側(cè)傾穩(wěn)定性。而在高速穿越賽中，制動(dòng)系必須能夠保證有相應(yīng)的機(jī)動(dòng)性。在耐久賽中，雖然對(duì)制動(dòng)要求不高，但同時(shí)也需1.3制動(dòng)系的設(shè)計(jì)意義與設(shè)計(jì)任確定制動(dòng)形式、回路、機(jī)構(gòu)等形式配比并必要零部件（如卡鉗、主缸、管路等第二 國(guó)內(nèi)外制動(dòng)系相關(guān)研使用最頻繁的制動(dòng)裝置。在本屆的FASE中，由于只對(duì)行車制動(dòng)做了相關(guān)要求，如增加其他制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將增加整車質(zhì)量增大成本，故而本次設(shè)計(jì)中只設(shè)計(jì)行車制動(dòng)。機(jī)械式和式兩種。由于機(jī)械效率低，到20世紀(jì)50年代在行車制動(dòng)系中，機(jī)械式制動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)。伺服制動(dòng)的制動(dòng)能源是人力和發(fā)動(dòng)機(jī)并用。本屆FASE中，為能充分保證制動(dòng)效能，更進(jìn)一步的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單減少成本，采用了簡(jiǎn)單的式制動(dòng)系。摩擦副形式，可分為鼓式、盤式和帶式制動(dòng)，其中帶式只用于制動(dòng)器。相對(duì)鼓式制動(dòng)散熱良好，摩擦均勻，制動(dòng)塊更換容易等優(yōu)點(diǎn)，故本次采用盤式制動(dòng)系。制動(dòng)性能主要有三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)：制動(dòng)效能，制動(dòng)效能的恒定性和制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性[4]在2004年頒發(fā)的效能的穩(wěn)定性是指制動(dòng)器的抗熱性，即汽車在長(zhǎng)下坡的連續(xù)制動(dòng)中，制動(dòng)器制動(dòng)效能的保持程度。有時(shí)制動(dòng)器的抗水性也包含在制動(dòng)效能的恒定性中。汽車制動(dòng)穩(wěn)定性是制動(dòng)力分死出現(xiàn)側(cè)滑的。傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)通常都是后軸的制動(dòng)管路中增加比例閥或者24007-1989出發(fā)，然后按照實(shí)際車型的需求進(jìn)行估值計(jì)算或進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如：輪側(cè)滑面出發(fā)，詳細(xì)的導(dǎo)出了制動(dòng)力分配系數(shù)的計(jì)算式，提供了一套比較全面的選取制動(dòng)力分配系數(shù)方法。[8]等根據(jù)汽車滿載和空載不同使用頻率分別計(jì)算出理想的制動(dòng)力分配比，為滿載與空載情況下對(duì)制動(dòng)力的選取提供了參考。[9]等則進(jìn)一步對(duì)汽力分配比的設(shè)計(jì)更接近實(shí)際。湖南大學(xué)時(shí)教授[10]等也從ECE出發(fā)，提出了針對(duì)但由于FSAE質(zhì)量較小，速度較低，制動(dòng)要求與不盡相同。另外學(xué)者們?cè)谠O(shè)計(jì)制中應(yīng)用的熱熔胎，附著系數(shù)隨著溫度急劇變化，甚至超過(guò)1，給制動(dòng)力分配的設(shè)計(jì)帶制動(dòng)系材的耐磨損性能。其中制動(dòng)盤和制動(dòng)塊各有偏重點(diǎn)，制動(dòng)盤要求較高的熱容量以利于制制動(dòng)盤材鑄鋼組合和鍛鋼等幾系。鑄鐵發(fā)展時(shí)間最早，技術(shù)熟，成低，導(dǎo)熱性好，但磨損快，應(yīng)力強(qiáng)度低。鑄鋼盤具有較高的強(qiáng)度和抗熱龜裂性能，但其導(dǎo)熱性差、熱容量小、膨脹系數(shù)較大，在使用中摩擦面易出現(xiàn)溝槽，使用短，質(zhì)量較難控制等。由鑄鐵和鑄鋼兩種材料相互組合制成的制動(dòng)圓盤，從整體上兼顧了鑄鐵穩(wěn)定與摩擦性，和鑄鋼的高強(qiáng)度性能。鍛鋼具有良好的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，同時(shí)還具有較高的抗熱龜裂性、良好的耐磨性和耐疲勞性，使用長(zhǎng)，目前新干線列車還廣泛應(yīng)用此較低，盡管其導(dǎo)熱系數(shù)為鐵的3倍，但鋁基材料制動(dòng)盤在更高速度下鋁磨損將顯著增加[11]20%)，總重量由50%。[13]制動(dòng)塊材于石棉粉塵及其揮發(fā)物使，嚴(yán)重污染環(huán)境，從20世紀(jì)70年代起，國(guó)際上掀起一股使用石棉摩擦材料的浪潮[14]。但在一定時(shí)期內(nèi)，特別是對(duì)發(fā)展中國(guó)家來(lái)講，石棉摩以下非常穩(wěn)定；耐磨性好，使用長(zhǎng)；導(dǎo)熱性好，溫度梯度小，特別適合尺寸較小的盤制動(dòng)系發(fā)從傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)到線控制動(dòng)是制動(dòng)系發(fā)展的整體趨勢(shì)。1978年，博世公司首次投入的傳感器相關(guān)信息，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入ECU，由ECU判斷車輛的運(yùn)行狀態(tài)并發(fā)出ProgramESP制動(dòng)系統(tǒng)能將相關(guān)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)與預(yù)先在控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，令汽車始終保持安全穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。ESP系統(tǒng)的關(guān)鍵是制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)車輪輪缸制動(dòng)壓力進(jìn)行主動(dòng)的獨(dú)立調(diào)節(jié)。于2007年通過(guò)：在2012年之前所有4.5t以下的輕型車都要足部強(qiáng)制安裝ESP，歐盟在2008年也提交了類似[16]。EBD（Electricbrakedistribution）ABS基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新一代制動(dòng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，EBD用高速計(jì)算機(jī)在汽車制動(dòng)的瞬間，利用傳感器分別Brake系統(tǒng)，它將傳統(tǒng)或氣動(dòng)執(zhí)行元件改為了電驅(qū)動(dòng)元件，具有可控性好、響應(yīng)速度快加上國(guó)外技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍然無(wú)法獨(dú)立生產(chǎn)。在ESP、EBD等技術(shù)要求更高的制動(dòng)裝第三章制動(dòng)總成選型盤式制動(dòng)的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)由于至少有兩個(gè)缸分置于制動(dòng)盤兩側(cè)，必須用制動(dòng)盤的內(nèi)部油道或外部油道來(lái)聯(lián)3-1滑動(dòng)鉗可以相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)，其中只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)置有缸，外側(cè)的制動(dòng)式制動(dòng)器因?yàn)閮H有一側(cè)有缸，故而軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂，沒(méi)有3-2 制動(dòng)總成的形式與布主要是指4個(gè)制動(dòng)卡鉗。3-3完全對(duì)整車進(jìn)行制動(dòng)控制，但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，管路線路較長(zhǎng)。HL布局形式的安全性僅次于II型布置最為簡(jiǎn)單，前輪兩制動(dòng)器和后輪兩制動(dòng)器分別與主缸相連，但假如后制動(dòng)回路失由于質(zhì)量比較輕、速度較小、運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)等，只要設(shè)計(jì)和安裝良好，一般情況的均衡性，故本采用II管路布局形式。圖3-4本制動(dòng)系總布制動(dòng)系統(tǒng)過(guò)程設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)的確定表3-5主要參1M2m3GN4L5a6b7表3-5主要參數(shù)（續(xù)8φ9φr1代表前輪，下標(biāo)為2代表后輪。3-61N2N3T4N5N6du/dt7z制動(dòng)時(shí)的受力分析變形與遲滯效應(yīng)、并假設(shè)是在水平路面上制動(dòng)。圖3-7制動(dòng)時(shí)受力模F??1??=Gb+m????

F??2??=Ga?m???? =G（b+????·???? =G（a?????·???? 令????=zgzF??1=G（b+ F??2=G（a? 別抱死，此時(shí)F????=Fφ=Gφ，地面作用于車輪的法向反向力為F??1=G（b+ F??2=G（a? 由上面可以看出制動(dòng)時(shí)軸荷發(fā)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致軸的載荷加，后軸荷Hoosir公司提的熔胎。熱熔胎與地面之間的附著系數(shù)是變量，其中主要影響因素是溫度。如果輪胎表面溫度持續(xù)低50190.2—1.435，36381.0g66.15%1.4g74.62%。理想的制動(dòng)力分配曲線汽車?yán)碚摚?dāng)前后輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性均得

F??1+F??2= F??1= F??2= F??1+F??2= F??1=?? ?? =1[??√??2+4???? ?(????+ 2 但同時(shí)應(yīng)當(dāng)，實(shí)際中車輛前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力常不能按照I曲線的要求分配。制動(dòng)過(guò)3-9同步附著系數(shù)與制動(dòng)力分配系數(shù)I曲線的要求分配。由于節(jié)前后制動(dòng)力。當(dāng)平衡杠桿預(yù)先被調(diào)節(jié)后，將以此固定制動(dòng)比通過(guò)全運(yùn)動(dòng)過(guò)程。設(shè)制動(dòng)器前制動(dòng)力F??1與整車制動(dòng)力F之比為??，可得如下關(guān)系F??1= 如果用F??1來(lái)表示F??2，那么會(huì)是一通過(guò)原點(diǎn)的直線。斜率tanθ=

交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的附著系數(shù)稱為同步附著系數(shù)，符號(hào)為φ0，所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)度稱為臨界

??=

φ=??

關(guān)資料與往年經(jīng)驗(yàn)，本次直線加速中同步附著系數(shù)取1.4。在8字環(huán)繞測(cè)試和高速避障而失去轉(zhuǎn)向能力，此賽事中同步附著系數(shù)不可取過(guò)大，據(jù)有關(guān)資料與對(duì)往年的實(shí)際測(cè)當(dāng)取φ0=1.4時(shí)，代入得制動(dòng)力分配比 =0??=×3:0= 當(dāng)取φ0=1.0φ =×3:0=1.41.0差、車手體重、賽道工況、天氣溫度、輪胎溫度、車手、輪胎附著系數(shù)非線性、轉(zhuǎn)向當(dāng)φ＝φ0時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向線關(guān)系如圖3-10，初步判斷基本符合要求，但也需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。圖3-10的β曲線和I曲利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率進(jìn)一步分析可知，汽車以一定的度制動(dòng)時(shí)，除去制動(dòng)強(qiáng)度z=φ0，不發(fā)生車輪發(fā)揮得越充分，汽車的制動(dòng)力分配也越合理。定義車輪不鎖死的最大制動(dòng)度與車輪和本次均設(shè)定輪先抱死，φ＜φ0情況下，前軸制動(dòng)效率??=??

當(dāng)取φ0=1.4

??????=??=

= 當(dāng)取φ0=1.0

????

;??=??=

=

????

;地面制動(dòng)力與制動(dòng)力矩隨著度而變化。地面制動(dòng)力F‘Xb計(jì)算式：F‘Xb1=φF??1=φ·G（b+ F’Xb2=φF??2=φ·G（a? 3-11動(dòng)力先增大后減小，最大值時(shí)地面制動(dòng)力為946.6N，附著系數(shù)為1.3.假設(shè)的左右質(zhì)量當(dāng)φ0=1.4FXb1_1.4=1φF??1=1φ·G(b+φ???)= FXb2_1.4=1φF??2=1φ·G(a?φ???)= ??1_1.4=FXb1_1.4×????=1383.0×0.26=359.58N· ??2_1.4=FXb2_1.4×????=470.5×0.254=119.51N· 當(dāng)φ0=1.0

FXb1_1.0=1φF??1=1φ·G(b+φ???)= FXb2_1.0=1φF??2=1φ·G(a?φ???)= ??1_1.0=FXb1_1.0×????=875.8×0.26=227.71N· ??2_1.0=FXb2_1.0×????=448.1×0.254=113.82N· 當(dāng)φ0=1.3

FXb1_1.3=1φF??1=1φ·G(b+φ???)= FXb2_1.3=1φF??2=1φ·G(a?φ???)= ??1_1.3=FXb1_1.3×????=1247.8×0.26=324.43N· ??2_1.3=FXb2_1.3×????=473.3×0.254=120.22N· 由上可知，在附著系數(shù)0-1.4之間的路面上制動(dòng)時(shí)，地面給單個(gè)前輪最大制動(dòng)力矩制動(dòng)主 今年的要求，為進(jìn)一步降低本屆成本，將對(duì)上屆的制動(dòng)主缸進(jìn)行重復(fù)利用。型號(hào)為WilwoodCombinationRemoteMountMasterCylinderKits260-10371，實(shí)物如圖3-12：制動(dòng)卡

3-12綜合考慮本次的綜合性能、成本以及上屆車手的良好反應(yīng)。最后決定仍然選如圖3-14：

3-133-141—2.431.1—1.41/8"200℃（392℉（五章。Compound“BP-1037.78℃-482.22℃（100℉-900℉）區(qū)間摩擦系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，在0.4-0.46之間浮動(dòng)，符合本的要求。3-15K=????= 數(shù)。由上圖曲線可知，本制動(dòng)器效能因素0.8-0.96.3-16制動(dòng)盤的設(shè)如下制動(dòng)盤尺寸限制表3-17。3-17一最小尺寸，前后制動(dòng)力比的調(diào)節(jié)全由平衡杠桿承擔(dān)。另外，考慮到本質(zhì)量較輕，速料及前兩屆經(jīng)驗(yàn)，安裝時(shí)把制動(dòng)塊與制動(dòng)盤的徑向接觸尺寸設(shè)置為30mm。mm2（R3RR

4[1

]·

;

: =210303= 02其中m=

3-18車輪抱死要求平衡杠桿對(duì)前后制動(dòng)力進(jìn)行重新分配，傳遞到制動(dòng)主缸轉(zhuǎn)化為力，力經(jīng)管路傳到使產(chǎn)生制動(dòng)效果。如要使完全能被抱死，則車手必須在制動(dòng)踏板上施加足夠的制制動(dòng)器制動(dòng)力要求，1.0（分別計(jì)算驗(yàn)證。以卡鉗、制動(dòng)盤和車輪整體為研究對(duì)象，設(shè)制動(dòng)卡鉗輪缸垂直壓力為F??，當(dāng)φ0=1.4時(shí),F????·=????·=2μ·====當(dāng)φ0=1.0====當(dāng)φ0=1.3====由上數(shù)據(jù)可知，前制動(dòng)卡鉗輪缸垂直壓力最大值是在φ01.4情況下，后制動(dòng)卡鉗輪缸垂直壓力最大值是在φ0=1.3情況下。這也是四輪抱死時(shí)，最低制動(dòng)器制動(dòng)力要求。踏板力要求于車輪抱死所必須的踏板力，才能使車輪完全抱死。制動(dòng)踏板杠桿比預(yù)先取值4，踏板機(jī)0.86[2]設(shè)從腳踏到制動(dòng)主缸機(jī)械效率為??190%，制動(dòng)主缸到制動(dòng)機(jī)械效率為??290%）分別計(jì)算F·

·I·??=

·

F·

·I·1=

·

F??1·??·??2=F??1F??2·??·??2=

上次中K表示平衡杠桿比，D表示制動(dòng)主缸直徑，S表示制動(dòng)輪缸面積（卡鉗內(nèi)），F(xiàn)??為制動(dòng)主缸及制動(dòng)管路中力，I為制動(dòng)踏板比，下標(biāo)數(shù)值1或2表示前后輪對(duì)應(yīng)的參數(shù)。當(dāng)φ0=1.4時(shí),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得當(dāng)φ0=1.0時(shí),當(dāng)φ0=1.3時(shí),

F??1_1.4= F??2_1.4= F??1_1.4= F??2_1.4= F??1_1.0= F??2_1.0= F??1_1.0= F??2_1.0= F??1_1.3= F??2_1.3= F??1_1.3= F??2_1.3= 700N車的度均達(dá)不到1.4g，常用制動(dòng)度甚至低于1g，即常用制動(dòng)踏板力低于F??_1.0=177.6??200N—350N此值。為保安全設(shè)計(jì)，取資料推薦值（200N-350N）中的上限值??0=350N4的制動(dòng)踏板后，由平衡杠桿重新分配到制動(dòng)主缸，轉(zhuǎn)換為力管路中的p：

×??××??×

×

=

×4×

×??1=

當(dāng)??=75時(shí)，代入數(shù)據(jù)解得??1=4.77MPa，??2=1.59MPa當(dāng)??=67時(shí)??1= ??2=2.10MPa；當(dāng)均遠(yuǎn)小于制動(dòng)管路壓力推薦值（10MPa-12MPa，故符合要求。型號(hào)，本次選擇的制動(dòng)管型號(hào)是：AeroquipFCC0320AeroquipTFERacingHose，也稱之下圖3-19。3-19為了更進(jìn)一步研究制動(dòng)性能，給制動(dòng)設(shè)計(jì)提供實(shí)踐數(shù)據(jù)支持，本次特意增加傳感3-20所示3-20前面分析可知，在輪胎和路面附著條件容許下，可以提供至少1.4g度。據(jù)車80km/h時(shí)急劇剎車，即選取初速度??1=22.22m/s??2=0?？傻貌煌苿?dòng)度下，制動(dòng)時(shí)間圖3-21，和制動(dòng)距離3-22.3-213-22踏板總成設(shè)計(jì)一般現(xiàn)代汽車踏板總成包含三個(gè)主要部件：制動(dòng)踏板、油門踏板和離合踏板。但空間較窄、尺寸小，同時(shí)設(shè)置三個(gè)踏板存在一定的。雖然其他很多學(xué)校都采用腳踏離沒(méi)有離合踏板結(jié)構(gòu)。第三屆增加了技術(shù)含量，采用了氣動(dòng)撥片換擋，故同時(shí)省去了離合踏板和離合桿。雖然油門踏板并不屬于制動(dòng)系統(tǒng)模塊，但由于它的設(shè)計(jì)與制動(dòng)踏板人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)介重要。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同，汽車設(shè)計(jì)和試驗(yàn)中所采用的模型種類不一。常見(jiàn)的有H點(diǎn)模型、撞車試驗(yàn)用模型、振動(dòng)試驗(yàn)用多自由度振動(dòng)模型。H點(diǎn)模型中的H點(diǎn)是身軀與大腿的連接點(diǎn)，即跨點(diǎn)(HipPoint)，它是與操作方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)點(diǎn)。駕駛員以正常入座后，其體重的大部分通過(guò)臀部由座椅和身體各部分之間的夾角應(yīng)當(dāng)保持在某一合理的范圍之內(nèi)，這些角度稱為舒適角[18]。如3-21把模型劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)，常用的是5%、50%和95%，分別代表小個(gè)子身材、中等個(gè)子伸及不到踏板位置，制動(dòng)踏板位置的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使用5%小個(gè)子模型；同時(shí)為了防止駕駛員在曲腿時(shí)與方向盤，也需要采用95%高個(gè)子模型驗(yàn)證。車隊(duì)選用的車手高度在162cm-175cm，綜上所述，對(duì)兩個(gè)極限身高都必須考慮。在設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，我們事先在CATIA軟件中導(dǎo)入模型，并以該模型為基礎(chǔ)建立踏板位置圖。如下圖3-22所示：3-22制動(dòng)踏制動(dòng)踏板是接受車手的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力唯一機(jī)構(gòu)，也是車手通過(guò)制動(dòng)踏板感知車輛制 推底支點(diǎn)踏板中支點(diǎn)踏板 推底支點(diǎn)踏板中支點(diǎn)踏板 由上圖可知，兩種安裝方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際中兩種方案都有人選擇。由于本次44mm，腳踏位置提高度不大，為減少縱向安裝尺寸提升的機(jī)動(dòng)性，本次采用中支點(diǎn)踏板方式。445，則踏板力支點(diǎn)到支架反力作用點(diǎn)距離為180mm，即踏板作用點(diǎn)最大距離為225mm。3-24油門踏間，沿著踏板高度方向都開(kāi)有尺寸一致的圓孔。如下圖3-25所示。3-25踏板支制動(dòng)主缸安裝支架

3-2644mm，比較小，可以把主缸橫直放置，最低點(diǎn)與車架最低點(diǎn)平行。主缸支型如下圖3-27。3-27本章是制動(dòng)系設(shè)計(jì)的，首先介紹了盤式制動(dòng)系結(jié)構(gòu)與分類，選擇了浮鉗式作為本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器；根據(jù)安全要求和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)原則，采用了II雙回路制動(dòng)管路分布。隨后根據(jù)整車總布置數(shù)據(jù)計(jì)算制動(dòng)時(shí)的前后分配比，參照三種工況分別對(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，4φ.本章是制動(dòng)系設(shè)計(jì)的，也是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為后面零部件的校核提供充分準(zhǔn)備。因有限元分析軟件HyperWorks簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)理念HyperMesh、HyperView、HyperGraph，優(yōu)化解算器OptiStruct，鈑金成形分析軟件HyperForm，多體動(dòng)力分析軟件MotionView、MotionSolv等。其中，HyperMeshCAE主流求解器的高性能有限元前后在本課題的研究中，4-1制動(dòng)盤強(qiáng)度校核邊界條件處理旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)過(guò)，卡鉗中的力對(duì)制動(dòng)塊產(chǎn)生垂直壓力，導(dǎo)致相互運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)塊與制T，阻礙制動(dòng)盤、輪轂和車輪的旋轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生制動(dòng)作用。受力分析圖如下4-2：4-2前面分析知，為減少成本，上四個(gè)制動(dòng)盤裝置一樣。制動(dòng)時(shí)，前輪制動(dòng)所處條件最大值????=3753.4N，簡(jiǎn)化計(jì)算制動(dòng)盤連接銷所受受力為??校核結(jié)

??

= 4-3QT400-18伸長(zhǎng)率收縮率4-4應(yīng)力最大值為140.3MPa小于屈服強(qiáng)度250MPa，并集中分布在連接銷孔附近。但制動(dòng)塊與制動(dòng)盤的摩擦面隨時(shí)間而變，應(yīng)力集中位置也隨時(shí)間而變。另外，制動(dòng)過(guò)會(huì)因摩4-5動(dòng)盤的最大應(yīng)變是0.02272mm，非常小，完全可以忽略。在未完全靜止時(shí)，制動(dòng)盤繞制動(dòng)踏板校核制動(dòng)踏板的邊界條件處理在操作過(guò)，腳踏板（與車手腳接觸的面板）和制動(dòng)踏板是連接在一起的，故校核求在5°左右，故可以認(rèn)為腳踏力一直為水平狀態(tài)。受力分析如下圖4-7：4-6QC/T788-2007《汽車踏板裝置性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法》的2000N305次后再測(cè)量形變和有無(wú)裂紋情況。但的質(zhì)量輕，速度小，駕駛室狹窄，駕駛員在駕駛時(shí)接支架支撐力為5000N。校核結(jié)為減少的質(zhì)量，我們選定踏板的材料為鋁合金（2012年國(guó)際規(guī)則要求只能用鋁合7075-T6材料具有高強(qiáng)度、良好機(jī)械性能、易于加工、抗腐蝕性強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)等特點(diǎn)，是第三屆整輛特別是大型關(guān)鍵零部件（立柱、鏈輪等）的主要材料。所以，雖然4-77075-T6伸長(zhǎng)率4-84-11出現(xiàn)現(xiàn)象，完全符合設(shè)計(jì)要求。油門踏板的校核油門踏板的邊界條件處理200N踏板力作為校核力。加油時(shí)，雖圖4-10：4-10校核結(jié)4-11最大應(yīng)力只有71.17MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度503Mpa，安全系數(shù)n=7.067，說(shuō)明油門踏4-12踏板支架校核踏板支架的邊界條件處理駛過(guò)，可能會(huì)把“同時(shí)踩制動(dòng)踏板和油門踏板”作為駕駛技巧；也會(huì)出現(xiàn)車手非常緊校核結(jié)

4-13表4-14 o參伸長(zhǎng)率收縮率 4-15上圖可最大應(yīng)力為229.1MPa小于屈服強(qiáng)度785MPa，安全系數(shù)n=3.43，符合設(shè)計(jì)要求。4-16主缸支架校核主缸支架的邊界條件處理 簡(jiǎn)化計(jì)算通過(guò)前主缸作用在支架上的力為2680N32N，）校核結(jié)4-17上圖可知，最大應(yīng)力為479.8MPa，小于許用屈服極限785MPa，安全系數(shù)為1.64。從力學(xué)強(qiáng)度看，符合設(shè)計(jì)要求。另外我們可以發(fā)現(xiàn)，此零件主缸安裝處出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中4-18其他簡(jiǎn)單零件校制動(dòng)踏板銷7075-T6503MPa301.8MPa。在制動(dòng)過(guò)程油門踏板銷

=??=4×5000= = 剪 2×??× 擠=??=4×5000= = 擠 油門拉

=??=4×800 = 剪 2×??× =??=4×3500= = 擠 =??=4×770 = 剪 2×??×

=??=4×770 = 擠 = = =32×3.85= 彎

??× 靜態(tài)形式，安全系數(shù)可以只取1.5。故制動(dòng)踏板（安全系數(shù)高達(dá)5.45）和油門踏板（安全系數(shù)高達(dá)7.067）強(qiáng)度非常安全，但也說(shuō)明浪費(fèi)了一些材料。但由于整輛鋁系材料都是用在制動(dòng)過(guò)，汽車行駛所具有的動(dòng)能大部分經(jīng)制動(dòng)器的摩擦作用轉(zhuǎn)化為熱能。短時(shí)間產(chǎn)生大量的熱量，造成制動(dòng)盤溫度急劇升高，如果溫度過(guò)高會(huì)多方面影響，嚴(yán)重影行熱場(chǎng)，比如ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC、HYPERWORKS、FLOTHERM等。相好等原因，本課題中選ANSYS作為制動(dòng)盤熱場(chǎng)分析軟件。ANSYS簡(jiǎn)介Pro/Engineer，SolidWorks，CATIA，AutoCAD設(shè)計(jì)中普遍使用的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS熱分析基于能量守恒原理的熱平衡方程，用有限元法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的溫度，并導(dǎo)出其它熱物理參數(shù)。ANSYS熱分析包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射三種熱傳遞方式。此外，ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品中包含熱分析功能，其中ANSYS/FLOTRANANSYS40多種，只用于14種，包含線單元、二維實(shí)體單元、三維實(shí)體單元、殼單元和點(diǎn)單元。本章中SOLID70對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行溫度場(chǎng)分析，以及SOLID185單元進(jìn)制動(dòng)盤熱理論概車輛時(shí)、在制動(dòng)機(jī)構(gòu)中，有兩個(gè)不同的部位可以產(chǎn)生摩擦熱，即輪胎和制動(dòng)器。二次分配取決于制動(dòng)盤和制動(dòng)塊材料，制動(dòng)盤和制動(dòng)塊形狀大小、空氣流動(dòng)、環(huán)境溫度等需要，我們認(rèn)為在制動(dòng)過(guò)，只有第二次分配，即制動(dòng)能量全部由制動(dòng)器吸收和耗而是存在著溫度區(qū)域。制動(dòng)盤內(nèi)部溫度的不均勻分布，會(huì)在內(nèi)部形成熱應(yīng)力，在接觸當(dāng)以極限度1.4g制動(dòng)時(shí)，散熱時(shí)間最短，前輪制動(dòng)盤所處環(huán)境最為惡劣，假制動(dòng)盤熱分析參熱流密能量折算守恒定律，從能量的角度分析汽車制動(dòng)過(guò)程。假設(shè)制動(dòng)過(guò)汽車動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為制動(dòng)盤Q(t)=W=1??′（v2? 式中，M為汽車滿載質(zhì)量，kgv0為汽車初始速度，m/sv??t秒后的瞬實(shí)際的制動(dòng)過(guò)，存在輪胎摩擦、空氣阻力等因素，汽車的動(dòng)能只有一部分轉(zhuǎn)化為Q(t)=η·β· 量被制動(dòng)盤吸收[23]90%。N，每根軸實(shí)際參與摩擦面數(shù)，分析知本課題中n=4。根據(jù)能量折算法，忽略熱量在摩擦環(huán)上沿徑向和分布的不同，并假設(shè)熱量在摩擦環(huán)上均勻分布。進(jìn)一步可得到摩擦環(huán)上的熱流密度與制動(dòng)時(shí)間t的關(guān)系q(t)=Q· t q(t)=Q·1·β=

(1′2

=ηβM′a(v? t

nA q(t)=64934.69(22.22? 摩擦功率??(??，??，??)=107877.63·??·????（22.22? 摩擦副間熱分配系數(shù)Carslaw等提出來(lái)的，用理論初步確定。γ??=

熱對(duì)流散熱系數(shù)：制動(dòng)過(guò)，制動(dòng)盤同時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和水平縱向運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)盤處于空氣受迫對(duì)流散熱α=0.036??13(????0.8?2.3×104)·

Re>5× α=0.664????3·Re2· Re<5×自然對(duì)流散熱過(guò)對(duì)流換熱系）α=C·（Gr· ??· ）Gr=g·

?

·）·

R=

Pr為常數(shù)，取0.7，W/(m·K)；??導(dǎo)熱系數(shù)；L為特征長(zhǎng)度（這里取制動(dòng)盤外徑，Pa·s；λa為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；d為制動(dòng)盤外徑，m。量，在實(shí)際制動(dòng)過(guò)制動(dòng)盤轉(zhuǎn)速處于不規(guī)則變化中，難以對(duì)其精確定量計(jì)算，為簡(jiǎn)單處5-1m值計(jì)算盤面R??=3.54×104，圓周面R??=4.16×104，均小于5×105，故在制動(dòng)過(guò)，制動(dòng)盤面和圓周面均處于層流狀態(tài)，進(jìn)一步計(jì)算可得對(duì)流換熱系數(shù)α層流=12.31。自然對(duì)流散熱過(guò)對(duì)流換熱系數(shù)α自然=7.82熱輻?λ?T=?q+α??(T?T0)+ε??（T4? ，KzW/(m2K)α??為摩擦界面的輻射換熱系數(shù)，W/(m2·K)；為-茲常數(shù)，W/(m2·K4)，為方便分析，我們可只取鑄鐵輻射率0.66計(jì)算。初始條件假設(shè)制動(dòng)過(guò)程初速度為80km/h，制動(dòng)度取極限最大值1.4g，制動(dòng)過(guò)主缸壓力恒定，并為勻制動(dòng)過(guò)程。材料屬呈現(xiàn)非線性特性，制動(dòng)盤材料為球墨鑄鐵QT400-18，相關(guān)的熱性參數(shù)表如下。/W·(m·/J·(kg·1kg·比1.3×10-1.3×10-1.3×10-1.3×10-仿真結(jié)果分析由熱流密度??(??)=63143.182(22.22?13.72t)可知，在t=1.62s時(shí)，制動(dòng)盤的熱量輸入為0，由于外界空氣因素，制動(dòng)盤慢慢開(kāi)始降溫，但此時(shí)已經(jīng)停止，空氣相對(duì)流動(dòng)差，換熱系數(shù)改變，原仿真模型失效，故主要分析1.62s之前情況。最高溫利用軟件捕捉方式，得知緊急制動(dòng)1.4s后制動(dòng)盤溫度最高，溫度場(chǎng)分布圖如下5-3。雖然t=1.62s時(shí)，才停止對(duì)制動(dòng)盤熱流輸入，但此時(shí)輸入量較小，而與空氣的熱交換導(dǎo)致溫度下降。從圖中5-3可知，最高溫度為154.793℃，遠(yuǎn)低于材料可承受溫度（相變、融化等；最 最高溫度位置變化推進(jìn)，1.2s以后變化不明顯，最高溫度覆蓋了整個(gè)接觸面。制動(dòng)初，熱流量較大，制動(dòng)盤a）0.4sa）0.4sb）0.8s5-4溫度隨時(shí)間變化分別在這四種狀態(tài)表面任取一節(jié)點(diǎn)，繪制其溫度變化曲線，如圖5-5：是影響制動(dòng)盤溫度變化的主要因素。有熱流輸入的區(qū)域在1.6s前（與所選節(jié)點(diǎn)位置有關(guān)，溫度隨時(shí)間上升，但在1.6s后溫度開(kāi)始下降，這是因?yàn)樵?.62s時(shí)，車輛已經(jīng)停止，無(wú)熱熱梯度與熱應(yīng)力

5-5梯度分布圖，圖中顯示熱梯度最大值達(dá)到12631.3℃/m，且出現(xiàn)明顯的梯度集中現(xiàn)象。 下圖5-7表示1.4s時(shí)，熱應(yīng)力分布情況。 26.5MPa5-6可以推知，內(nèi)環(huán)附近的明顯熱應(yīng)力區(qū)域在內(nèi)環(huán)的圓角處以及散熱的圓角處，這說(shuō)明除了熱梯度影響熱應(yīng)力外，盤體結(jié)構(gòu)也是實(shí)際制動(dòng)過(guò)，制動(dòng)盤不僅僅受到熱5-71.4sa)熱應(yīng)力b）結(jié)構(gòu)應(yīng)力c）5-8可見(jiàn)，制動(dòng)盤的合應(yīng)力與熱應(yīng)力在位置分布上具有很大的相似性，卻與只包含結(jié)構(gòu)力的應(yīng)力圖（4-4）187.0MPa，小于屈服應(yīng)a)熱應(yīng)力b）結(jié)構(gòu)應(yīng)力c）5-8ANSYS軟件，對(duì)制動(dòng)盤溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬分析，瞬態(tài)分析結(jié)12631.3℃/m的熱梯度。再次，對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行熱應(yīng)力分析，進(jìn)一盡動(dòng)系各零部件設(shè)計(jì)滿足要求，但假如安裝不合適，也會(huì)出現(xiàn)整車質(zhì)量加大、零部件、安裝件脫落、制動(dòng)力不足等。本章針對(duì)本屆制動(dòng)系的關(guān)鍵安裝部位作踏板總成安裝制動(dòng)踏板安裝與限位簡(jiǎn)單的杠桿結(jié)構(gòu)，材料是鋁合金7075-T6，主要加工方式是數(shù)控銑。6-16-2動(dòng)踏板與平衡杠桿的連接同時(shí)也對(duì)制動(dòng)踏板在縱向（縱向）進(jìn)行了限位。油門踏板安裝與限位

6-3發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量是通過(guò)油門連接到油門踏板處而實(shí)現(xiàn)的，油門與油門踏板通過(guò)油門拉桿連接。油門由鋼絲組成，難以