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I 節(jié)能賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 :本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對象是節(jié)能賽車的制動(dòng)系統(tǒng)，主要是從研究的意義與目的以及研究現(xiàn)狀等方面開始深入的研究。下面將從這幾個(gè)角度進(jìn)行詳細(xì)的分析： （ 1）了解和探究影響節(jié)能賽車制動(dòng)系統(tǒng)性能的指標(biāo)，包括：阻尼力分配參數(shù)、同步附著參數(shù)、制動(dòng)的強(qiáng)度、最大的制動(dòng)力矩與附著系數(shù)的使用效率等指標(biāo)進(jìn)行選擇與計(jì)算； （ 2）對制動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解與研究，并給出制動(dòng)器各組件的選擇分析與結(jié)果、剎車驅(qū)動(dòng)機(jī)制的結(jié)構(gòu)選取、組件的選擇與參數(shù)的計(jì)算，最終確定節(jié)能賽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案； （ 3）對制動(dòng)系統(tǒng)部分組件和零件 的現(xiàn)狀與前景進(jìn)行介紹。 關(guān)鍵詞 ： 節(jié)能賽車；制動(dòng)系統(tǒng) of is of It of be a (1) to of of of to (2) to of of of of of of of of 3) of of 錄 摘要 ……………………………………………………………… .………………… .. I …………………………………………………………… ...…………目錄 ……………………………………………………………… .…… ...……… .…………………………………………… ……………… .…………… ..… 言 …………………………………………………… .………………………… 動(dòng)系統(tǒng)的基本概念 ………………………………… .… ..………………… ...… 1 動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ……………………………………………………………… .能 賽車對制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 ……………… ...…………………………… ..題研究方案 … ...……………………………………………………………… ..……………………… ..……… ....……… ……… ..…… 4 形剎車簡介 …………………………… ...………… ...……………… ...……… 4 形剎車 ………………………………………………………………… ....…… . 碟剎的類型 …………………………………………………………………… .. V 剎與碟剎的性能評比 ………… .…………………………………………… ... 制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式 ………… .…… .…………………………………… .…… ... 制動(dòng)總成的相關(guān)計(jì)算 …………………………………………………… ...… ...… 9 提供的制動(dòng)力的計(jì)算 …………………………………… ..…………………… 9 動(dòng)參數(shù)計(jì)算 ………………………… .… .………………………………… ..… 11 動(dòng)力 …………………………………………………………………… .…… 12 步附著系數(shù) ………………………………………………………………… 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 ………… .……………………………………………… 13 動(dòng)器因數(shù) … .………………………………………………………………… 15 動(dòng) 鉗 ………………………………………………………………………… 動(dòng)塊 …………………………………………………………………………… 17 擦材料 ………………………………………………………………………… 18 5. 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………… ..……… .動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 ………………………………………………… 19 單制動(dòng)系 …………………………………… ...………………………… .…… 19 制動(dòng)性能分析 …………………………………………………… ...……………… 21 動(dòng)性能評價(jià)指標(biāo) ……………………………………………………………… 21 動(dòng)效能 ………………………………………………………… .…………… 21 動(dòng)效能的恒定性 ………………………………… .………………………… 21 7 總結(jié)與展望 ……………………………………… .…………………… ..………… 23 結(jié) ……………………………………………………………………………… 23 望 …………………………………………… .………………………… ...…… 23 參考文獻(xiàn) ………… ………………………………… .………………………… .…… 24 致謝 ………………………………………………… ..……………………………… 25 1 1 緒論 前言 節(jié)能車大賽的背景是由美國提出的，在 1979 年正式的成立于美國，比賽內(nèi)容包括加速，剎車， 100 米加速時(shí)間。最為重要的一點(diǎn)是燃油經(jīng)濟(jì)性。該比賽不僅包括動(dòng)態(tài)比賽，也還包括靜態(tài)比賽，靜態(tài)比賽項(xiàng)目有；制造成本，外形設(shè)計(jì)，市場報(bào)告等。動(dòng)態(tài)比賽則包括。耐力賽，燃油經(jīng)濟(jì)性，操作穩(wěn)定性等。該比賽直到 2010年才正式進(jìn)入中國，但在短短兩年內(nèi)，就受到了很多大學(xué) 的關(guān)注。如今汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是 ]。節(jié)能汽車，一個(gè)更具體的模型，因?yàn)槠囀菫榱烁傎悾ㄝ喬ズ蛡鹘y(tǒng)汽車不同的因素，因此不能盲目用乘用車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念 一臺(tái)車輛從減慢直至停止移動(dòng)的過程 [2]?；蛘呦缕滦旭偟钠囁俣缺３址€(wěn)定的過程，或者保持車輛靜止的過程，這些過程統(tǒng)稱為剎車過程或者制動(dòng)過程。而為實(shí)現(xiàn)這一過程加裝在汽車上的一系列設(shè)備統(tǒng)稱為車輛的制動(dòng)系統(tǒng)。 剎車，減速甚至駐車這一現(xiàn)象被稱為制動(dòng) [3]。在實(shí)際駕駛中，車輛在面臨突發(fā)情況時(shí)，剎車減速這一制動(dòng)現(xiàn)象可以避免事故的出 現(xiàn)，因此，剎車減速可以說是非常重要的；再者，為保持車輛不動(dòng)尤其是在坡路上這一現(xiàn)象叫駐車，這也是很重要的。因此，制動(dòng)系統(tǒng)對車輛來說是不可缺少的。其中制動(dòng)系都具有以下四個(gè)基本組成部分： 供能裝置：例如液壓主缸 控制裝置：制動(dòng)踏板等各種部件。 傳動(dòng)裝置：包括制動(dòng)管路等。 制動(dòng)器：影響汽車原來狀態(tài)與行駛慣性的組件，其主要結(jié)構(gòu)是緩速裝置。 按制動(dòng)力源來分類，可以被分為三種類型：第一類，完全依靠駕駛員的體力來進(jìn)行制動(dòng)的，多應(yīng)用于一些質(zhì)量很輕的人力車上面，例如三輪車；第二是，全部來源于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)液壓缸來進(jìn)行制 動(dòng)的設(shè)備，叫做動(dòng)力制動(dòng)；第三類是人力和內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力相結(jié)合的方式，成為伺服制動(dòng)。 制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在汽車企業(yè)選用盤式制動(dòng)器的組合形式 [4]。隨著時(shí)代的發(fā)展，盤式制動(dòng)器的 2 應(yīng)用越來越多，但是由于局限于成本，所以鼓式制動(dòng)器仍然存在于市場當(dāng)中。當(dāng)然，盤式制動(dòng)器具有優(yōu)越的性能、很強(qiáng)的冷卻性能，較長的使用壽命，并改善了維修間隔和維修技術(shù)。 摩擦材料的大力發(fā)展，使得盤式制動(dòng)器材料具有了很多優(yōu)異的性能，例如耐磨高、散熱強(qiáng)與成本低等等，所以對盤式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和效率都有了很大的市場。與此同時(shí)，因?yàn)楣氖街苿?dòng)器的材 料發(fā)展緩慢，散熱能力差，所以導(dǎo)致的各方面性能都不如盤式制動(dòng)器，所以鼓式制動(dòng)器的發(fā)展緩慢。 對于制動(dòng)摩擦材料的發(fā)展歷程 [5]。二十世紀(jì)八十年代以前，那時(shí)的汽車很大數(shù)量選用的石棉樹脂充當(dāng)摩擦材質(zhì)。但是在使用過程中會(huì)揮發(fā)出有毒物質(zhì)，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，更甚者被人體吸入后對肺部產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害，而且在散熱性差，在高溫下強(qiáng)度低。因此，該種材料已經(jīng)退出歷史的舞臺(tái)。二十世紀(jì)初期，國家出臺(tái)法律，應(yīng)該不含石棉制動(dòng)襯片 ”。目前不含石棉的材料 經(jīng)成為主流 [6]。是由玻璃纖維和其他纖維組成的。它的主要優(yōu)點(diǎn)是 :制動(dòng)效能不會(huì)因溫度的 上升而下降，同時(shí)制動(dòng)時(shí)的噪聲低，壽命長。 目前，多金屬纖維這種材料是廣泛應(yīng)用的。有些高校也在研究新型材料，例如清華大學(xué)，西安交通大學(xué)等。西安交通大學(xué)和廣東省東方劍麻集團(tuán)有限公司有限公司共同開發(fā)的劍麻纖維增強(qiáng)也初步成功。研發(fā)出的新型材料根據(jù)多次測試，在硬度，耐磨性及韌性上都完全符合國家的標(biāo)準(zhǔn)。且有很多優(yōu)點(diǎn)，例如制動(dòng)噪音小 ,壽命長 ,成本低 ,等。因而我國著力建立關(guān)于鎂石充當(dāng)阻尼材質(zhì)的課題。所有的纖維材料均有優(yōu)缺點(diǎn)，人們正在努力，將每一種材料的優(yōu)點(diǎn)都集合起來，制造出一種各方面性能都優(yōu)異的材料。但無論如何，汽車剎車片 的發(fā)展一定是向著環(huán)保，高效，安全的方向發(fā)展。 節(jié)能賽車對制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 根據(jù)節(jié)能賽車比賽協(xié)會(huì)制定的相關(guān)要求，參加比賽的節(jié)能車輛的制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該準(zhǔn)備一下特點(diǎn)： a）車輛需要裝有減速裝置。必須保證 3 個(gè)車輪都具有制動(dòng)力。同時(shí)制動(dòng)力的大小由司機(jī)來進(jìn)行控制。能夠避免剎車無用現(xiàn)象發(fā)生，需要確保具備倆并聯(lián)剎車油路。在對車輛進(jìn)行實(shí)測的過程中，可以將三個(gè)輪子同時(shí)抱死；制動(dòng)系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有三個(gè)車輪； 3 b） 制動(dòng)力的大小應(yīng)該滿足，使節(jié)能車在 11°的坡上能夠保持靜止。 c）禁止使用塑料管作為制動(dòng)管路； d）制動(dòng)系統(tǒng)必須具有保護(hù)裝置，以防外來物影響制動(dòng)性能。 課題研究方案 a）制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案分析及選擇。對本次的制動(dòng)系統(tǒng)研究，首先參考別的成熟車型，然后根據(jù)已給出的數(shù)據(jù)，計(jì)算零件的幾何尺寸； b）制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及其選擇； c）制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算； d）制動(dòng)器的制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算； 4 2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式選擇 在節(jié)能車中，常用的制動(dòng)形式有兩種，分別是 v 形剎和碟剎。 V 形剎車簡介 V 剎 ： V 剎是類似于蝴蝶的加緊裝置抱緊車圈來制動(dòng)的 。 V 形剎的制作簡單，成本低，使用可靠，而且質(zhì)量輕，就算與鋼圈配合仍然會(huì)相對輕一些；性能 圖 2-1 碟形剎車 碟剎：碟剎是通過卡鉗加緊制動(dòng)盤，通過摩擦來使車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的。碟剎與 ‘V’剎的共同點(diǎn)都是與物體接觸，通過摩擦的方式使動(dòng)能減少，使車輪減速。兩者最大卻別就在于， ‘V’剎是有專門的剎車塊，來控制剎車的，碟剎則是裝配了剎車片與卡鉗，兩者共同作用，從而完成減速剎車的。 剎的類型 碟剎分為兩種：線拉式碟剎與油壓式碟剎。 駕駛員的握力，來操縱剎車 線，剎車線將拉力傳遞到卡鉗中，卡鉗受力后靠近剎車盤，從而兩者相互接觸，來進(jìn)行制動(dòng)。 5 線拉式的不同在于，油壓式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不是線而是油，駕駛員通過握緊把手，產(chǎn)生的拉力推動(dòng)活塞，活塞將通過油液傳遞壓力，壓力傳遞到卡鉗，卡鉗受力后向剎車盤靠近。從而摩擦來減少動(dòng)能。 兩種碟剎的不同點(diǎn)在于介質(zhì)的不同，基本原理都是一樣的，通過摩擦來降低動(dòng)能的。線拉式是通過剎車線來完成剎車的。剎車線的拉力傳遞到卡鉗。而油壓式則是通過液壓油來傳遞力的，駕駛員握緊把手的同時(shí)，就將壓力傳遞到活塞中，活塞將力傳遞給油，通過管路最 終傳遞到卡鉗上。對于油壓式剎車，它的零件是配套一整體的，不好更換，而線拉式則可以更換零件。維修更為方便，且價(jià)格便宜。 線拉式與油壓式兩者各自性能相比較； 動(dòng)力的大小主要取決于駕駛員的握力，握力越大制動(dòng)效果越好，但是還會(huì)存在一些損失，例如長時(shí)間使用剎車線的磨損，破裂，剎車線的布置，等，均會(huì)對制動(dòng)力的大小產(chǎn)生一定的影響，但是由于方便拆卸，可以通過更換零件來恢復(fù)制動(dòng)力。 壓式剎車中，油采用的是專用的 車油。此類剎車油具有良好的抗熱脹冷縮性質(zhì) [7]。以保證在不同的溫 度都具備最好的剎車效能。但是該種油液具有毒，揮發(fā)出來的有毒物質(zhì)對人體造成傷害。所以我們所見到的剎車油均是密封起來的。因?yàn)橛蛪菏絼x車是通過對活塞進(jìn)行壓縮，通過液壓油來傳遞壓力的，因?yàn)橐簤河驮诠艿乐辛鲃?dòng)所產(chǎn)生的能量損失遠(yuǎn)小于剎車線在管路中摩擦所產(chǎn)生的損失。因此油壓式能夠最大限度的保存剎車效能。在操作而言。油壓式的操作輕便，只需要很小的力，傳遞給活塞，就可以在剎車中獲得很大的制動(dòng)力，而線拉式的制動(dòng)力則需要與駕駛員的握力成正比。駕駛員握力越大，制動(dòng)力越大 [8]。 6 圖 2拉式與油壓式 的性能評比 1.‘ V’剎的優(yōu)缺點(diǎn)： 護(hù)方便，重量輕； 如下雨時(shí)，使鋼圈濕水，制動(dòng)力損失嚴(yán)重； 為在制動(dòng)過程中，產(chǎn)生大量的熱，會(huì)大大降低剎車效能，只能適合低強(qiáng)度的剎車。 實(shí)際應(yīng)用效果： 在日常行駛當(dāng)中， v 形剎車的效能還是能夠滿足駕駛員的要求的，例如在公路上。采用 v 形剎車不僅能夠具有足夠的制動(dòng)力，還具有質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，所以非常適合城市道路。但是如果在一些越野路段 ,v 行剎車由于本身的缺陷，就無法駕駛員的要求了，因?yàn)樵揭奥范涡枰艽蟮闹苿?dòng)力，有時(shí) 還需要抱死車輪。如果使用 v 剎，首先會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力不足的缺點(diǎn)，在一些涉水的路面上，由于鋼圈被浸濕，可能會(huì)出現(xiàn)剎車失靈的狀況，在下長坡的路段，也有可能產(chǎn)生剎車失靈的狀態(tài)，所以在選擇剎車類型時(shí)，應(yīng)該結(jié)合使用情況來考慮。 且其構(gòu)造復(fù)雜修理難度大。 7 對碟片碰撞。 實(shí)際應(yīng)用效果： 采用碟剎，在質(zhì)量方面相比較 v 剎而言肯定會(huì)有增加，使車輛的總質(zhì)量增加。但是它所帶來的優(yōu)勢卻是非同小可的，它的制 動(dòng)力要遠(yuǎn)大于 v 剎，對工作環(huán)境幾乎沒有要求，但是需要對剎車盤定期保養(yǎng)和維護(hù)，不可以使剎車盤上沾有油漬，也不可以使剎車盤彎曲，否則產(chǎn)生不了足夠的制動(dòng)力。 節(jié)能車的設(shè)計(jì)中，最主要的一點(diǎn)就是輕量化，只有這樣才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生節(jié)能的效果，所以設(shè)計(jì)要求在滿足制動(dòng)力的情況下盡可能的減輕質(zhì)量。綜合以上考慮，兩前輪用碟剎，后輪用 V 形剎。 圖 2 8 3制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式 根據(jù)節(jié)能車大賽的要求，節(jié)能車的布置形式是，前邊兩個(gè)車輪，后邊一個(gè)輪。這種布置形式在車輛行駛中會(huì)減少阻力。在制動(dòng)方面，通常采用前邊兩個(gè)輪使用碟剎（如圖 后面一個(gè)輪使用 v 剎（如圖 的總體布置。同時(shí)要滿足節(jié)能車大賽的要求。大賽規(guī)則要求即在 11°的斜坡上能保證停留 [9]。同時(shí)要求制動(dòng)系統(tǒng)能夠長時(shí)間的穩(wěn)定工作，在工作中需要有一定的平順性。綜合考慮制動(dòng)效能和節(jié)能特性后輪采用兩套高效 V 形剎制動(dòng)器，因?yàn)槌杀镜?，且質(zhì)量輕，且有足夠的制動(dòng)力。 圖 3剎 圖 3.2 9 4制動(dòng)總成的相關(guān)計(jì)算 制動(dòng)力的確定應(yīng)該保證節(jié)能車在滿載情況下于 11°斜坡上能完全制動(dòng)，即沿斜面分力同制動(dòng)力平衡 [10]。 f 式中： G———— G=———— α=11° f———— 滑動(dòng)阻力系數(shù) f=知： 過汽車?yán)碚撝R(shí)分析可以得到如下關(guān)系式： φ= u\r 式中： —— 地面制動(dòng)力 —— 附著力 —— 車輪給地面的法向反作用力 Φ———— 附著系數(shù) —— 摩擦片與鼓盤的制動(dòng)力矩 r———— 車輪半徑 已知： 00×r=250u=據(jù)以上的計(jì)算可以確定所需結(jié)構(gòu)的制動(dòng)閘的最小制動(dòng)力，以達(dá)到計(jì)算要求為優(yōu)。 10 自行車閘的扳手可以抽象成一個(gè)杠桿的力學(xué)模型 [11]。圖 4 圖 4桿原理 依靠拉繩固定在 B 端，在 A 端施加向下的作用外力，在 B 端能夠產(chǎn)生向上的作用力，傳遞到拉繩上。在剎車時(shí)，當(dāng)人施加作用力時(shí)，等效于在另一端施加向下的作用力，則鋼索產(chǎn)生的拉力向上，且與 o 點(diǎn)的距離成正比。可以列出平衡方程為； 21=0 計(jì)算得 1*2,由于 為 3:1，可知 1 約 為 3： 1。 即扳手可以理解成一個(gè)簡單的杠桿，在人施加向下的作用力時(shí)， A 端產(chǎn)生向上的作用力，且是 A 端的三倍。從而使卡鉗壓緊剎車盤，產(chǎn)生摩擦，減少動(dòng)能。 V 剎可以簡化為上圖的杠桿，杠桿比為 4： 1,傳力比與杠桿比相同，則總的傳遞比為 16： 0右，相當(dāng)于 得總的制動(dòng)力為 4800N。選用比較得到制動(dòng)計(jì)算值能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 11 圖 4車把 制動(dòng)設(shè)計(jì)的一般流程 :第一步，對給定的數(shù)據(jù)有詳細(xì)的了解，及對比賽用車設(shè)計(jì)要求明確；第二步，查閱相關(guān) 文獻(xiàn)并對相同級別的汽車的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行參考與總結(jié)，對該設(shè)計(jì)有深入的了解；第三步，根據(jù)大賽的要求以及和實(shí)際的條件。對車輛的制動(dòng)形式進(jìn)行合理的選擇和布局。第四步，對制動(dòng)系統(tǒng)各組件進(jìn)行計(jì)算力矩與分析磨損特性；第五步，進(jìn)行對比，校驗(yàn)，若對比后出現(xiàn)偏差，就要對參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模坏诹?，對重要部位進(jìn)行強(qiáng)度校核。 參照中北大學(xué)的整車參數(shù)： 賽 車 軸 距 ： 1650質(zhì) 心 高 度 ： 310賽 車 高 度 ： 1170賽 車 長 度 ： 2136質(zhì) 心 到 前 軸 的 距 離 ： 12 質(zhì) 心 到 后 軸 的 距 離 ： 輪 胎 半 徑 ： 244輪 胎 型 號 :180/530總 質(zhì) 量 含 人 ： 345() 賽 車 前 軸 載 荷 ： 賽 車 后 軸 載 荷 ： 制動(dòng)力 賽車制動(dòng)時(shí)，其力矩平衡方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 制動(dòng)器阻力。 N·m ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 地面制動(dòng)力。 N ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 車輪半徑， m 。 令 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 并稱之為制動(dòng)周緣力。 步附著系數(shù) 查閱設(shè)計(jì)手冊可得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 其在直角坐標(biāo)系中的圖形是一條穿過坐標(biāo)零點(diǎn)的斜線，這條曲線表示的是車輛在制動(dòng)時(shí)候制動(dòng)力分配，稱作 β線。曲線 β同曲線 I 在坐標(biāo)軸上有一個(gè)交點(diǎn) B，而此處的的附著系數(shù) φ=φ0，則 φ0值被稱為同步附著系數(shù)，這個(gè)系數(shù)是對車輛制動(dòng)系統(tǒng)性能評定時(shí)的重要指標(biāo)，而這個(gè)系數(shù)的取值是由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。由于，本設(shè)計(jì)說明書中在選取前后輪制動(dòng)力的時(shí)候，選取其值都是實(shí)熟。因此只有兩個(gè)系數(shù)相等時(shí)，前后車輪在制動(dòng)過程中才會(huì)出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。如果兩個(gè)系數(shù)的大小不想等時(shí)，會(huì)有以下 3 種情況。 1. 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 線條處在 I 線條上部，剎車減速途中，車輛的后部輪子出現(xiàn)抱死現(xiàn)象。此時(shí)盡管車子前部輪子擁有拐彎性能，但是車 子后部輪子會(huì)出現(xiàn)劃移使車子喪失穩(wěn)定性。 3. 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，制動(dòng)時(shí)前、后輪同時(shí)抱死，車輛狀態(tài)比較穩(wěn)定，但也會(huì)失去轉(zhuǎn)向能力。 當(dāng)車輛在行駛的過程中，如果車輪發(fā)生抱死現(xiàn)象，車輛的前車輪將沒有轉(zhuǎn)向功能，同時(shí)后車輪將會(huì)發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象?？偨Y(jié)可得，車輛的剎車效率是??? 0/d u d t q g g，其中 q 制動(dòng)強(qiáng)度，在 φ0值為 0 的道路實(shí)施剎車過程出現(xiàn)四輪抱死現(xiàn)象。在 φ0 值為別的值的路面進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在前后車輪出現(xiàn)抱死現(xiàn)象的臨界點(diǎn)處，此時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度為 q<φ，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出， 唯獨(dú)在 φ=φ0 的路面條件使用下，其附著條件發(fā)揮最大作用的基礎(chǔ)。 ε為附著系數(shù)利用率即對其條件使用程度的描述，其公式為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 賽車總的地面制動(dòng)力； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 所受重力； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 制動(dòng)強(qiáng)度。 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1 時(shí)利用率最高。 由相關(guān)參考文獻(xiàn)中，選取賽車 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 為實(shí)現(xiàn)比賽用車在高速行進(jìn)中，制動(dòng)性能發(fā)揮到最大，同時(shí)具有良好的可靠性。我們應(yīng)該重新合理布置汽車前后輪的制動(dòng)力。 為使最大制動(dòng)力發(fā)揮到極致的重要前提是附著系數(shù)的使用效率達(dá)到最大。在這種情況下，車輪受到的制動(dòng)力同路面對輪胎的法相力有正比例的關(guān)系。此時(shí)，車輛前后輪發(fā)生抱死現(xiàn)象，兩端車輪制動(dòng)力的比例關(guān)系是： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 質(zhì)心離前、后軸距離 ; 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 同步附著系數(shù)； 14 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 汽車質(zhì)心高度。 閱設(shè)計(jì)手冊得，得到比值的允許范圍是 此取值滿足要求。所 能 產(chǎn) 生 的 制 動(dòng) 力 矩 ， 也 會(huì) 收 到 車 輪 的 制 約 。 即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 22 軸 制 動(dòng) 器 的 制 動(dòng) 力 ； 軸 制 動(dòng) 器 的 制 動(dòng) 力 ； 用 于 前 軸 車 輪 上 的 地 面 法 向 反 力 ； 用 于 后 軸 車 輪 上 的 地 面 法 向 反 力 ； 輪 有 效 半 徑 。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 而車輪半徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，最大制動(dòng)力矩為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 故前軸最大制動(dòng)力矩為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 一個(gè)前輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 后輪最大制動(dòng)力矩為 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 一個(gè)后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 動(dòng)器因數(shù) 代表制動(dòng)性能的 動(dòng)因子，因此也被稱為制動(dòng)效率因子 [12]。在施加壓力的前提下。其原理依靠制動(dòng)能力或彎扭，用于評價(jià)不同結(jié)構(gòu)類型的制動(dòng)性能。 制 動(dòng) 器 因 數(shù) 可 定 義 為 在 制 動(dòng) 盤 的 作 用 半 徑 上 所 產(chǎn) 生 的 摩 擦 力 與 輸 入 力 之 比 :錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 15 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 制動(dòng)器的摩擦力矩； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 制動(dòng)盤的作用半徑； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 輸入力， 對于鉗盤式制動(dòng)器，因?yàn)樵谥苿?dòng)的過程中，有來自兩側(cè)的壓力，所以收到的額摩擦力應(yīng)該為 2f。于是該制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)是； 錯(cuò)誤 !未找到 引用源。 式中： f 為摩擦系數(shù) . 在本次賽車設(shè)計(jì)中取 f= 制動(dòng)鉗 制動(dòng)鉗采用可鍛鑄鐵或球狀鑄鐵等，也可采用輕合金制成的。例如，鑄造鋁合金。作為一個(gè)整體，它也可以由兩個(gè)部分組成，并由螺栓連接。外緣是開著的，這樣你就可以檢查或更換剎車塊，而不用拆卸剎車夾。夾鉗應(yīng)具很高的強(qiáng)度和剛度 [13]。為了使制動(dòng)液的溫度盡可能的低，活塞的開端被放置在制動(dòng)塊的后面?；钊砻驽冦t。為了解決鋁合金剎車液的熱損失問題，降低了活塞和制動(dòng)塊接觸面積 [14]。 制動(dòng)鉗可以安放在很多位置，可以安放在車軸前端段，也可以安置在車軸后端。剎車鉗位于前面的軸，能夠?qū)⒛酀{甩出和防止水進(jìn)入鉗 。在后面的軸減少復(fù)合輪轂軸承的負(fù)荷。 制動(dòng)鉗的毛坯件一般采用鑄造加工，因此其材料為可鍛鑄鐵，并對其表面使用鍍鉻的涂層技術(shù)。 16 圖 4圖 4 17 制動(dòng)塊 制動(dòng)塊為阻尼部分構(gòu)成，并能夠依靠摩擦實(shí)現(xiàn)車輛段降速。形狀大多是扇形的，長方形的，方形的或圓形的?；钊麘?yīng)該能夠保持盡可能多壓力壓向制動(dòng)塊面積。剎車塊是用鋼板制成的。為了避免引起制動(dòng)熱的時(shí)候剎車卡鉗制動(dòng)液蒸發(fā)，減少制動(dòng)噪音，可以在襯套之間的摩擦后的膠水或噴涂一層絕緣阻尼墊 (膠水 )。由于制動(dòng)過程中，壓力很大，溫度很高，所以 摩擦塊的磨損很快，為此生產(chǎn)時(shí)，厚度應(yīng)該加大一些。為了避免摩擦塊過度使用造成的失靈現(xiàn)象，在其上部都安有預(yù)報(bào)設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)取襯塊厚度 14 圖 4 18 摩擦材料 表 4擦材料性能對比 在選取制動(dòng)摩擦材料時(shí)，首先要考慮材料的摩擦系數(shù) μ的值要盡量的大一些；其次是材料的散熱性；再次是材料在高溫環(huán)境下 μ值的保持性，即不會(huì)因材料的溫度升高而降低 μ值；最后是材料還應(yīng)該具有耐磨性、低吸水率、壓縮率、熱導(dǎo)率和熱膨脹率和抗壓強(qiáng)度高、抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度和抗沖擊性以及工作過程 不會(huì)因劇烈摩擦產(chǎn)生噪聲與有害氣體，從而污染環(huán)境。 根據(jù)表 4得，半金屬材料具有摩擦系數(shù) μ值大且 μ值高溫保持性好、耐磨性高、噪聲低和成本適中等特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)采用該材料，并且選取 μ值為 19 5 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是，放大駕駛員的力量，將力傳遞給制動(dòng)塊，產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輪制動(dòng)。 動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 對于制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類來說，可以依照其初始力的來源來進(jìn)行分類。被分成簡單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)及伺服制動(dòng)三種 [15]。對于初始力轉(zhuǎn)換為最終制動(dòng)力的方法有三種 ，分別是機(jī)械式、液壓式、氣壓式和氣壓 動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具體見表 5 表 5動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 簡單的制動(dòng)系統(tǒng)即人的制動(dòng)力，是駕駛者在制動(dòng)過程中依靠自身的體力使汽車制動(dòng)的。通過杠桿或者鋼絲繩等傳遞到車輪的力，雖然結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易 20 修理，但是在高速行駛的效率底下，同時(shí)受到駕駛員體力的影響大，體力好的制動(dòng)效果好，反之，體力差則制動(dòng)效果差。因此這種方法只符合小型車輛，使用面窄。 該系統(tǒng)使用液壓力轉(zhuǎn)換方式的搭配叫做液壓簡單制動(dòng)系，其使用的范圍比較廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是反 應(yīng)速度快，工作時(shí)產(chǎn)生的壓力高，制動(dòng)力大，體積小，容易安裝，但是也有有缺點(diǎn)，液壓管路容易受到溫度的影響，要是油液溫度過高，會(huì)使管路中油液有氣泡，影響效率。 但是為了達(dá)到節(jié)能目的，且節(jié)能車的總質(zhì)量較小，綜合考慮，選用簡單制動(dòng)系統(tǒng)。 21 6 制動(dòng)性能分析 車輛的制動(dòng)性通常選用駐車穩(wěn)定性能、坡道移動(dòng)速度一致性、剎車時(shí)間與效率三個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。 制動(dòng)性能評價(jià)指標(biāo) 汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評價(jià)： 制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度； 動(dòng) 效率不隨溫度的升高而降低。； 制動(dòng)效能 剎車效率指的是，當(dāng)車輛處于良好的道路上時(shí)，它在一定的初始速度下，減速到制動(dòng)距離或剎車。制動(dòng)效率是評價(jià)剎車性能的重要指標(biāo)。選用滑行長度小、減速效率高、駐車穩(wěn)定性高、制動(dòng)功效強(qiáng)等指標(biāo)。 對于一套制動(dòng)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣的評定，可以從定量和定性兩個(gè)角度進(jìn)行測評。下面將介紹從定量的角度來說，主要由最大制動(dòng)減速度 a 與最小制動(dòng)距離 s 這兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)來測評。 假設(shè)汽車行駛在水平的柏油路面，且不考慮路面對汽車的阻力。這時(shí)候汽車的制動(dòng)完全是有制動(dòng)器提 供的。此時(shí) 2/24 f ???? ? （ 6錯(cuò)誤 !未找到引用源。 其中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 最大制動(dòng)力矩 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 車輪有效半徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 汽車滿載質(zhì)量 求得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，該結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 制動(dòng)效能的恒定性 制動(dòng)效果的穩(wěn)定性主要是指對熱失效的抵抗。長時(shí)間行駛在較高的邁速下或者長時(shí)間下坡的情況下，減速效率的維持程度。因?yàn)樵谥苿?dòng)過程中主要出現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是由車輛行駛的動(dòng)能向摩擦產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變，在整個(gè)過程中車輛輪胎的摩擦副將 22 產(chǎn)生大量的熱，致使其溫度上升到很高的數(shù)值，因此在高溫下的制動(dòng)性能成為設(shè)計(jì)過程中必不可少的一步。該設(shè)計(jì)采用浮動(dòng)夾盤式制動(dòng)器，是制動(dòng)效率保持穩(wěn)定的方法之一。 23 7總結(jié)與展望 此畢業(yè)設(shè)計(jì)是以節(jié)能賽車的制動(dòng)系統(tǒng)為研究對象，通過對制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)與參考資料，并結(jié)合節(jié)能賽車舉辦方的設(shè)計(jì)要求，來對整個(gè)車輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)步驟如下： a）查閱資料與參考?xì)v屆樣車，對本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與布局有一個(gè)整體的設(shè)計(jì)思路與方案； b）結(jié)構(gòu)整體方案，將各個(gè)部分細(xì)化研究與設(shè)計(jì)。 c）對設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行安全性能分析計(jì)算，主要從制動(dòng)效能與制動(dòng)效能保持性入手； d）對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)完成說明書的撰寫，并完成對制動(dòng)系統(tǒng)的 的制作。 在本次對節(jié)能賽車車輛的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)一些不足之處，這將使下一步研究的入手點(diǎn)。有下面幾個(gè)方面： （ 1）整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，對整個(gè)系統(tǒng)主要是理論的分析和定性的分析，涉及計(jì)算的地方比較少，尤其是對性能評定時(shí)定量分析較少，需要進(jìn)一步完善； （ 2）需要進(jìn)一步完善測評標(biāo)準(zhǔn)，對一些定性分析要給出更詳細(xì)更具體的指標(biāo)，對一些定量分析給出明確的范圍。 （ 3）缺少對關(guān)鍵部件的靜力學(xué)分析和動(dòng)態(tài)分析； 24 參 考 文 獻(xiàn) [1] 劉鴻文 4 版 等教育出版社， 2004 [2] 陳家瑞 (下 )(第三版 )[M]民交通出版社， 2009 [3] 濮良貴 機(jī)械設(shè)計(jì) 等教育出版社， 2006 [4] 武田信之（日）著，載貨汽車設(shè)計(jì)．人民交通出版社， 1997 [5] 陳家瑞 冊） 械工業(yè)出版社， 2008 [6] 格里斯比著，趙六奇，金達(dá)鋒譯 M]華大學(xué)出版社， 2006. [7] 吳宗澤 京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [8] 黃向東汽車懸架系統(tǒng)的有限元分析法及其應(yīng)用中國機(jī)械工程 9] 蔣瑋 海汽車， 2010 年第 4 期 [10] 許江濤 副車架有限元分析，科學(xué)技術(shù)與工程， 2008 年 第 8 期 [11] 馮國勝 ,賈素梅 ,輕型車有限元分析及應(yīng)用 2009 年第 6 期 [12] 石亦平，周玉蓉艦元分析細(xì)詳解機(jī)械工業(yè)出版 13] 龔寒微主編 京：人民交通出版社， 1995 [14] 朱伯芳 ,有限單元法原理與應(yīng)甩 ,第 2 版 ,北京 :中國水利水電出版社 ,2008 [15] 李景涌 ,有限元法 ,北京 :北京郵電 大學(xué)出版社 ,2009 [16] F， ]1995 25 致 謝 時(shí)間飛逝，轉(zhuǎn)眼間就到了大四的畢業(yè)季了，四年里，我從大一來時(shí)的一個(gè)傻小子，變成了一個(gè)知識(shí)淵博的學(xué)士。四年了，我學(xué)到了很多，從大一的高等數(shù)學(xué)，到大四的專業(yè)課，使我積累了豐富的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。我不僅要感謝所有的老師，同時(shí)還要感謝我 的大學(xué)同學(xué)，要是沒有你們的幫助，我也不會(huì)成長。 最要感謝的還是我的論文指導(dǎo)老師，每次為了給我們指導(dǎo)，都從主校區(qū)辛辛苦苦來到南校區(qū)，對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，對我的問題，給我提出建議，改進(jìn)方法，孜孜不倦的給我傳授方法，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了質(zhì)的提高，也使我對畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了自己獨(dú)到的見解，更深刻的領(lǐng)會(huì)其中的內(nèi)涵。謝謝一路陪伴、支持、幫助我的老師和同學(xué)。你們帶給我的溫暖和感動(dòng)是我最珍貴的財(cái)富。我會(huì)在以后的人生中，繼續(xù)的秉著一顆求學(xué)的心，去盡自己的最大努力，獻(xiàn)出自己的微薄力量，貢獻(xiàn)母校，貢獻(xiàn)社會(huì)。 螃羂膃莈蚆袈膂蒁 袁膇膁