fsae赛车设计本科毕业设计

fsae赛车设计本科毕业设计内容摘要：

图 固定钳式盘式制动器 1—转向节（或桥壳） ； 2—调整垫片 ； 3—活塞 ； 4—制动块总成 ； 5导向支承销 ； 6—制动钳体 ； 7—轮辋 ； 8—回位弹簧 ； 9—制动盘 ； 10—轮毂 固定钳式盘式制动器的应用是早于浮动钳式的，其制动钳的刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件，但由于需采用两个油缸分置于制动盘的两侧，使结构尺寸较大，布置较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡影响制动效果。 2) 浮动钳式盘式制动器 浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。 其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动；另一种是制动钳体可绕一支承销摆动 (见 图 )。 因而有滑动钳式盘 共 44 页 第 6 页式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。 但它们的制动油缸均为单侧的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。 制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成受力均等为止。 对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。 这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的 (摩擦表面对背面的倾斜角为 6176。 左右 )。 在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损 到各处残存厚度均匀 (一般约为 l mm)后即应更换。 图 浮动钳式盘式制动器工作原理图 (a)滑动钳式盘式制动器 (b)摆动钳式盘式制动器 1—制动盘 ； 2—制动钳体 ； 3—制动块总成 ； 4—带磨损警报装置的制动块总成 ； 5—活塞 ； 6—制动钳支架 ； 7—导向销 浮动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。 浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液的受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮 蔽较少，使冷却条件较好。 另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低 30℃ ～50℃ ，汽化的可能性较小。 但由于制动钳体是浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。 盘式制动器的优缺点 盘式制动器的优点 与鼓式制动器相比，盘式制动器具有如下优点： 性较 好， 因为制动盘对摩擦衬块无摩擦 増力作用 ；另外，制动摩擦衬块的尺寸不大，其工作表面的面积仅为制动盘面积的 12%～ 16%，鼓散热性较好。 共 44 页 第 7 页 较 好， 因为 制动块对 制动 盘的单位压力高，易于将 附着的 水挤出， 加上 离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一 到 二次制动 ，制动器 即能恢复正常。 而 鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复 正常。 车辆 运动方向 （前进或后退） 无关。 ，使系统有较高的可靠性和安全性。 ，质量小，散热良好。 ，故衬块磨损也均匀。 衬块 在磨损后比鼓式制动器更换 简单容易。 衬块与制动盘之间的间隙小（ ～ ）， 缩短了油缸活 塞的操作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。 ，以便及时更换摩擦衬块。 盘式制动器的缺点 （封闭的多片全盘式制动器除外）。 ，所需附加的手驱动机构比较复杂。 ，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。 FSAE 方程式赛车制动器结构的最终选择 简单来讲，制动就是利用摩擦将动能转换成热能，使 车辆 失去动能而停止下 来。 因此，散热对 制动系统 是十分重要的。 如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。 越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。 解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。 由于 FSAE 赛车在比赛过程中要达到一定的车速，且应具有良好的散热性能，故倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。 当然，盘式制动器也有自己的缺陷。 例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。 而 鼓式制动器 成本相对低廉，比较经济。 四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的 70%～ 80%，因此前轮制动力要比后轮大。 轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。 在 FSAE 赛车在比赛过程中为了保证赛车在制动过程中具有稳定的制动性能， 根据上述叙述， 前后轮均采用 浮钳 盘式制动器。 根据制动盘的不同，盘式制动器还可分为普通盘式和通风盘式。 普通盘式我们比较容易理解，就是实心的。 通风盘式就是空心的，顾名思义具有通风功效，指的是汽车在行使当中产生的离心力能使空气对流，达到散热的目的，这是由盘式碟片的特殊构造决定的。 从外表看，它在圆周上有许多通向圆心的洞 孔 ，这些洞 孔 是经一种特殊工艺（ slotteded drilled）制造而成，因此比普通盘式散热效果要好许多，但是由于 FSAE赛车车轮 尺寸对制动盘尺寸的限制，所以前后制动器的制动盘均采用实心式制动盘。 共 44 页 第 8 页综上所述，本次赛车制动系统的设计，前后轮均采用浮动钳盘式制动器 ， 前后轮制动盘均选择普通盘。 共 44 页 第 9 页第三章 制动器主要参数及其选择 盘式制动器设计的一般流程为：根据所给数据，设计要求，依据大赛要求确定出的整车总布置参数。 在有关的整车总布置参数及制动器结构型式确定之后，根据已给参数并参考已有的同等级汽车的同类型制动器，初选制动器的主要参数，并据以进行制动器结构的初步设计；然后进行制动力矩和磨损性能的验算，并与所要求的数据比较，直到达到设计要求。 之后再根据各项演算和比较的结果，对初选的参数进行必要的修改，直到基本性能参数能满足使用要求为止；最后进行详细的结构设计和分析。 在这里先给出该 FSAE 赛车的整车参数： 赛车轴距： 1650mm 质心高度： 310mm 赛车高度： 1170mm 赛车长度： 2136mm 质心到前轴的距离： 质心到后轴的距离： 轮胎半径： 244mm 轮胎型号 :180/530R13 总质量 (含人 )： 345kg 赛车前轴载荷： 赛车后轴载荷： 制动力 与制动力 分配系数 赛车 制动时，如果忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，则任一角速度 0＞ 的车轮，其力矩平衡方程为 0 eBf rFT (31) 式中： fT —制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反， Nm ； BF —地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力， 又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反， N ； er —车轮有效半径， m。 令 eff rTF (32) 并称之为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，又称为制动周缘力。 fF 与地面制动力 bF 的方向相反，当车轮角速度 0＞ 时，大小也相等。 fF 取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制 共 44 页 第 10 页动踏板力即制动系的液压成正比。 当加大踏板力以加大 fT ， fF 和 BF 均随之增大。 但地面制动力 BF 受着附着条件的限制，其值不可能大于附着力 F ，即 BF ≤  ZF  (33)  ZFFB m a x (34) 式中：  —轮胎与地面间的附着系数； Z —地面 对车轮的法向反力。 当制动器制动力 fF 和地面制动力 BF 达到附着力 F 值时，车轮即被抱死并在地面上滑移。 此后制动力矩 fT 即表现为静摩擦力矩，而 eff rTF / 即成为与 BF 相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。 当制动到  =0 以后，地面制动 力 bF 达到附着力F 值后就不再增大，而制动器制动力 fF 由于踏板力 PF 的增大使摩擦力矩 fT 增大而继续上升（图 ）。 图 制动器 制动力 fF 、涤棉制动力 BF 与踏板力 PF 的关系 图 所示 为 赛车在水平路面上制动时的受力情况。 其中忽略了空气阻力、旋转质量减速度时产生的惯性力矩以及汽车的滚到阻力偶矩。 另外，在以下的分析中还忽略制动时车轮边滚动边滑动的情况，且附着系数只取一个数值 。 图 制动时的汽车受力图 根据 图 中 给出的赛车制动时的整车受力情况，并对后轴车轮的接地点取力矩，得平 衡式为 gdtduGLLZ hm21  共 44 页 第 11 页对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为 ghdtduGLLZ m12  式中： 1Z ——汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力， N ； 2Z ——汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力， N ； L ——汽车轴距， mm； 1L ——汽车质心离前轴距离， mm； 2L ——汽车质心离后轴距离， mm； gh ——汽车质心高度， mm； G ——汽车所受重力， N ； m ——汽车质量 kg； dtdu ——汽车制动减速度， 2/ms。 根据上述汽车制动时的整车受力分析，考虑到汽车制动时的轴荷转移以及G=mg，式中 g 为重力加速度 ( 2/ms )，则可求得汽车制动时水平地面对前、后轴车轮的法向反力 1Z ， 2Z 分别为   dtdugLLGZ gh21   dtdugLLGZ gh12 （ 35） 令 dtdu =qg， q 称为制动强度，则汽车制动时水平地面对汽车前、后轴车轮的法向反力 1Z ， 2Z 又可表达为  gLLGZ qh21   g12 qh LLGZ （ 36） 若在附着系数为  的路面上制动，前、后轮均抱死（同时抱死或先后抱死均可），此时汽车总的地面制动力 BF （ 21 BB FF  ）等于汽车前、后轴车轮的总附着力F  21  FF  ，亦等于作用于质心的制动惯性力 mdtdu （见图 ），即有 dtdumφφ  GFFB 或 共 44 页 第 12 页gφdtdu 代入式（ 35），则得水平地面作用于前、后轴车轮的法向反作用力的另一表达式：  g21 φh LLGZ  g12 φh LLGZ （ 37） 式（ 35），（ 36），（ 37）均为直线方程，由上式可见，当制动强度或者同步附着系数改变时，前后轴车轮的地面法向反作用力的变化是很大的，前轮增大，后轮减小。 汽车的地面走马那个制动力为 GqdtduGFFF BBB  g21 （ 38） 式中： q——制动强度，亦称比减速度或比制动力； 21,BBFF ——前后轴车轮的地面制动力。 由式（ 34） ～ 式（ 36）及式（ 38）可求出前、后轴车轮的附着力为  φLGφ 22φ1 ggB qhLLhFLLGF    φqLLGφh φ11φ2 hLFLLGF gB   （ 39） 上式表明：赛车在附着系数为任一确定的路面上制动  时，各轴车 轮附着力即极限制动力并非常数而是制动强度 q 或总制动力 BF 的函数。 当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据前、后轴的轴荷分配，以及前、后轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度的情况等，制动过程可能出现的情况有 3 种，即 （ 1） 前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑； （ 2） 后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑； （ 3） 前、后轮同时抱死拖滑。 在上述 3 种情况中，显然是第 3 种情况的附着条件利用的最好。 由式（ 38），式（ 39）不难求得在任何附着系数  的路面上，前、后轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为。