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1、盐城工学院2013届学本科生毕业设计说明书 毕业设计说明书FSAE方程式赛车制动系统设计专 业 汽车服务工程 学生姓名 陈俊杰 班 级 B汽车091 学 号 0910107105 指导教师 汤沛 完成日期 2013年6月10日 41FSAE方程式赛车制动系统设计摘 要: Formula SAE学生赛车比赛是由美国车辆工程师学会于1979年创立， 2011年在中国举办第一届中国大学生方程式赛车，本次设计将依照大赛赛规进行设计。本说明书介绍了大学生方程式赛车制动的设计，首先简述了FSAE赛事，汽车制动系的设计意义、国内现在对FSAE制动的研究现状以及本次设计的目标。然后对制动系统进行方案选择，主要
2、包括制动器油路的布置，制动方式的选择，然后通过赛车本身的一些参数对制动系统进行初步的计算设计。在得出初步的制动参数后进行制动器材的选择，再结合实际制动部件的详细参数对制动系统进行验证，同时，利用这些数据在ProE中建立模型，最后将模型导入Ansys中，对其施加载荷，模拟实际工作时受力情况，找出受力点，结合软件最终设计出符合比赛要的制动系统。关键词：FSAE ；制动；AnsysDesign of Braking System for FSAE CarAbstract: Formula SAE race was founded in 1979 by the American cars instit
3、ute of Engineers. In 2011 , 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 desi
4、gn. 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 components through these dates .Afte
5、r 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 come true. Keywords :FSAE; Braking; Ansys目录1绪论11.1 FSAE赛事介绍11.2制动系统的研究意义21.3 FSAE制动
6、系统的研究现状21.4本次制动系统的预期目标21.5大学生方程式赛车制动系统规则和要求31.5.1制动系统概况31.5.2制动测试31.5.3制动踏板超行程开关41.5.4制动灯41.6本次制动系统的设计任务42 制动系统的方案分析与选择42.1制动器形式方案分析42.1.1 鼓式制动器52.1.2盘式制动器52.3 制动管路的布置方案选择62.4液压制动主缸的选择83制动过程力学理论研究93.1车轮上所受制动力93.2制动距离与制动减速度113.3制动强度，利用附着系数与同步附着系数133.3.1制动强度133.3.2利用附着系数133.3.3同步附着系数143.4理想制动力分配144制动系
7、统的初步设计与计算174.1预计算174.1.1法向反力计算174.1.2制动力矩预计算184.1.3制动卡钳活塞直径预计算194.1.4 制动卡钳的选择204.1.5 制动主缸的确定214.2 其它制动部件的选择224.2.1制动盘224.2.2制动管路224.2.3制动储液罐234.2.4制动灯开关和超行程开关244.2.5制动踏板的设计254.3 制动总体布置图265 制动设计优化275.1制动力分配比优化275.2制动设计检验295.3优化函数图分析306制动有限元分析336.1有限元简介336.2制动系统ansys分析356.3分析与改进39主要参考文献40致谢41FSAE大学生方程
8、式赛车制动系统设计1绪论1.1 FSAE赛事介绍 Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。 中国大学生方程式汽车大赛是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。FSAE活动由
9、各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇
10、丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIA ，UG ，ANSYS以及焊接、定位、机加工技能,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。1.2制动系统的研究意义汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系统中直接作用制约
11、汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全部件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着经济的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对汽车的安全性、可靠性的要求越来越高，而制动系系统优劣很大程度上决定了车辆行驶的安全性，因此为汽车配备一套十分可靠的制动系统保证人们的安全是每个车辆设计者宗旨。本次毕业设计题目为大学生方程式赛车制动系统设计，以设计出满足组委会要求并且利于提升赛车性能为目的。1.3 FSAE制动系统的研究现状赛车制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐步减小到0，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和
12、设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析通过ansys等有限元软件来模拟实际受力情况。通常对车辆制动系统进行分析和评价的指标为：1）制动效能：即制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性：即热衰退性；3）制动时汽车方向的稳定性。 由于，制动的实际情况收很多因素的影响，虽然国内车队在设计时都进行了大量的理论就算和模型分析，但由于国内FSAE起步晚，而国外专业生产启动部件技术相对成熟，虽然是学生赛车，但其速度也具有一定的危险性，因此出于安全及性能考虑，国内车队大多向国外购买制动部件，主要向Wilwood ，APracing两家制动车厂商购买，这两家厂商的制动器，在各方
13、面性能都很不错，其热衰退性更是表现突出。 1.4本次制动系统的预期目标1)具有良好的制动效能，制动响应灵敏，在预期的距离实现赛车的制动；2）具有良好的制动效能稳定性，避免制动时出现跑偏 ；3）制动时汽车操纵稳定性好，实现转弯时赛车制动依旧灵敏，并且不影响转向机构；4)制动效能热稳性好，尽量降低温度度制动效能的影响。1.5大学生方程式赛车制动系统规则和要求1.5.1制动系统概况 赛车必须配备有刹车系统。并且直接作用于所有四个车轮上，而且只被一个控制器控制。 FSAE赛规要求：1、它必须有两套独立的液压回路，以防系统泄漏或失效时，至少在两轮上还保持有有效的制动力。每个液压回路必须有其专属的储液罐（
14、可用独立储液罐或用原厂的储液罐）。2、单个刹车作用时，有限的滑移差是可以接受的。3、刹车系统必须在以下的测试中，能够抱死所有四个轮。4、禁止使用线控制动。5、禁止使用没有保护的塑料制动管路。6、刹车系统必须装有碎片护罩，以防传动系失效或小碰撞（引起的碎片破坏制动系统）。7、从侧面看，安装在赛车簧上（簧上质量：指悬架支撑的质量）部分上的刹车系统的任何部分都不可以伸到车架或者承载式车身的下表面以下。8、制动踏板必须设计能承受2000N 的力而不损坏制动系统和踏板机构。通过赛会任何官员在正常坐姿下施加在踏板上的最大踩踏力检测。9、制动踏板必须由铝合金，钢或者钛加工而成。1.5.2制动测试 赛车的制动
15、系统将被进行动态测试，测试时，赛车将首先在制动检查官规定的直道上加速，在直道末端，赛车必须制动至静止，并要求四轮抱死且不跑偏。1.5.3制动踏板超行程开关 FSAE大赛对超行程开关的要求： 1、赛车必须装有制动踏板超行程开关。当制动系统失效时引起制动踏板的行程超出正常范围时，该开关必须能够使发动机熄火。该开关必须能够切断点火系统和喷油系统的电源。2、复的作用该开关不能恢复上述系统的电源。并且该开关不能被车手重置。3、开关必须为模拟电路元器件，不能通过可编程逻辑控制器、ECU，或有相似功能的数字控制器来替代。1.5.4制动灯 本次大赛对制动灯的要求如下： 1、动灯必须为红色，至少15 瓦（或等同于15 瓦），且从后方清晰可见。如果使用了LED（发光二极管）制动灯，则必须在非
