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1、大学生方程式赛车设计（制动与行走系统设计）摘 要Formula SAE 赛事1980年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。中国大学生方程式赛车比赛的组织与开展始于2010年，至今已成功举办了三届。本文主要阐述了在中国大学生方程式汽车大赛组委会制定的规则下，如何设计一辆Formula SAE 赛车的制动系统。设计采用的是前盘后盘的液压双回路制动系方案。它的工作原理是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动趋
2、势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过轮缸活塞推使制动衬片夹紧制动盘产生摩擦力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。全套图纸，加153893706由于赛车本身质量较小，很多地方不能按常规的设计方法进行设计，我主要采用了市场调研的方法，先选取一些类似的车型，依据它们的制动系统结合赛车的实际情况反复验证，通过极限算法计算出完全制动时制动盘的最小尺寸。同时在极限工况下对几个危险截面的零件的强度进行了校核，使其满足要求。同时利用UG软件进行了建模，以辅助后续工作的顺利进行。关键词：Formula SAE，赛车，制动，校核 IIFORMULA RACING
3、 BRAKE AND WALKINGSYSTEM DESIGNABSTRACTFormula-SAE launched in the USA in 1980, Formula-SAE is now an international competition for Society of Automotive Engineers student members to form teams for the purpose of designing, building and competing in a small high-performance race car.The article disc
4、usses how to design a Formula SAE cars braking system。My design uses a dual hydraulic disc front after-hours circuit brake system program.How does it work is using the friction between the non-rotating components which are connected to the body (or frame) and the rotation components which are connec
5、ted to the wheels (or drive shaft) to prevent wheel spin or turn the trend.That is, from the brake pedal for pedal force by Rod and master cylinder piston, the master cylinder oil flows into the wheel cylinders under some pressure, And through the wheel cylinder piston that brake lining clamping bra
6、ke friction torque, so as to produce the braking force to the wheels to speed up to park.As the quality of the car itself is small, many places are not design by the conventional method ，I mainly uses the market research methods, firstly I selected some similar models ，combinating their braking syst
7、ems and the actual car,I repeatedly verified. by the limit of complete braking algorithm the minimum size of the brake disc.At the same time in extreme conditions,I verified the strength on several dangerous section of parts ,to meets the requirements. At the same time I made use of UG software mode
8、ling. KEY WORD: Formula SAE, racing, brake,designIII常 用 符 号 表L 汽车轴距, mma 汽车满载时总质量，kgG1 满载前轴负荷，Nhg 质心高度，mmL1 质心距前轴距,mmL2 质心距后轴距,mmRe 车轮有效半径,mmRr 车轮滚动半径,mmZ1 地面对前轴的法向反力,NZ2 地面对后轴的法向反力,NFf1 前轴车轮的制动器制动力,NFf2 后轴车轮的制动器制动力,NFB1 前轴车轮的地面附着力,NFB2 后轴车轮的地面附着力,Na 制动减速度g 重力加速度 轮胎与地面的附着力FB 汽车承受的总的地面制动力Tf 制动器对车轮的制动
9、力矩V 汽车行驶速度 制动力分配系数 地面附着系数 制动轮缸的活塞行程,mmdw 轮缸直径,mmVm 主缸工作容积,IV目 录第一章 概述11.1制动系统设计的意义11.2制动系统研究现状11.3大学生方程式赛车制动规则和要求21.3.1 制动系统概况21.3.2 制动测试2第二章 制动系统方案论证分析与选择32.1 制动器形式方案分析32.1.1 鼓式制动器32.1.2 盘式制动器42.2 制动驱动机构的机构形式选择52.2.1 简单制动系62.2.2 动力制动系62.2.3 伺服制动系72.3 液压分路系统的形式的选择72.4 液压制动主缸的设计方案9第3章 制动系统设计计算113.1 制
10、动器主要零部件的结构设计113.2 制动系统主要参数数值113.2.1 同步附着系数的分析123.2.2 地面对前、后轮的法向反作用力123.2.3 盘式制动器主要参数确定13第四章 盘式制动器的设计计算164.1 盘式制动器制动力矩的计算164.2制动力与制动力分配系数174.3 制动器热容量和温升的核算214.4摩擦衬片磨损特性的计算22第五章 液压制动驱动机构的设计计算245.1 制动轮缸直径与工作容积24V5.2 制动主缸直径与工作容积255.3 制动踏板力与踏板行程265.4 制动性能计算28第六章 行走系统的设计296.1 汽车行驶系统概述296.1.1 轮毂的设计306.1.2
11、立柱的设计306.2制动盘座体的设计326.2.2 销的校核346.2.3 花键的校核38第七章 结 论41参考文献42致 谢 44附 录45VI第一章 概 述1.1 制动系统设计的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中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。本次毕业设计题目为大学生方程式
12、赛车制动系与行走系统设计。1.1.1 制动系统的重要性汽车作为陆地上的现代重要交通工具，有许多保证其使用性能的大部件，即所谓“总成”组成，制动系就是其中一个重要的总成。它既可以使行驶中的汽车减速，又可以保证停车后的汽车驻留原地不动。由此可见汽车制动系对于汽车行驶的安全性和停车的可靠性起着重要的保证作用。当今，随着高速公路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增大，对汽车制动系的工作可靠性要求显得日益重要。因为只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见，制动系是汽车非常重要的组成部分，从而对汽车制动系的结构分析与设计计算也就显得非常重
13、要了。1.1.2 行走系统的功用汽车行走系统的功用是：1、将发动机传到驱动轮上的驱动转矩变为推动汽车行驶的驱动力，并使驱动轮的转动变成汽车在地面上的移动。2、传递并承受路面作用于车轮上的各向反力及其所形成的力矩。3、尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车行驶平顺性，且与汽车转向系很好地配合工作，实现汽车行驶方向的正确控制，以保证汽车操纵稳定性。4、支承汽车的全部重量。1.2制动系统研究现状车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车
14、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，通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价：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；目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上的行驶，其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方
15、便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。1.3大学生方程式赛车制动规则和要求1.3.1 制动系统概况赛车必须配备有刹车系统。并且作用于所有四个车轮上，而且只被一个控制器控制。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油罐（可用独立储油罐或用原厂的储油罐）。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、线控制动是禁止的。5、没有保护的塑料刹车线是禁止的。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
