摘 要

SAE Baja Racing Series是由美国汽车工程师协会负责举办的一项大学生小型单座越野赛车比赛，要求大学生组成团队参赛并制造出一辆在加速、刹车、爬坡、操控性方面有良好运动性能并且足够稳定耐久、能够成功完成赛制规则中列举的所有项目的业余休闲赛车。密苏里大学哥伦比亚分校SAE Baja赛车团队正在为下次比赛设计一款新赛车，为了帮助团队完成赛车设计与优化，我们组的主要设计任务为后轮刹车轮毂装配体。我们设计了三个初步待选轴毂方案，每个方案都可确保盘式制动器的安装而且都可嵌入现有赛车车架。通过考虑与比较每个方案的加工可行性以及对每个方案进行的有限元分析，团队将选择一个最适合赛车的方案进行制造。后刹车毂最后是由6061-T6511铝制成的，可以确保成功安装北极星盘式制动器以及嵌入现有的赛车框架中。

关键词：Baja赛车；轴毂设计；轮毂配合；刹车盘配合；制动性能；有限元分析

Abstract

The University of Missouri-Columbia Baja SAE team is designing a vehicle for the SAE Baja Series competition in April of 2016. The SAE Baja series is a competition that simulates real-world engineering challenges. Each team is responsible for designing and building a single-seat, all-terrain vehicle. The vehicle’s performance will be judged on several criteria: speed, handling, ride and ruggedness over off road conditions through dynamic competitions. In order to help prepare the car for competition our teams focus was the rear braking hub assembly. The team designed three preliminary hub concepts that would be able to install the rear disc brakes and compatible to connect to the existing frame. With machining constraints in mind and though FEA analysis, the team was able to decide on which would work best for the Baja vehicle. The final rear braking hub design is built from 6061-T6511 aluminum that is able to mount 2011 Polaris Outlaw disc brakes onto it and connects with the existing frame.

Key Words: Baja racing car; hub design; wheel hub matching; brake disc matching; braking performance; finite element analysis

目录

第1章 绪论..................................................................1

1.1 项目开展缘由...........................................................1

1.2 研究现状...............................................................1

1.2.1 国内外研究现状......................................................1

1.2.2 研究目的及意义......................................................1

第2章 Baja赛车背景、发展以及轮子总成结构的设计..............................3

2.1 Baja赛车背景、发展.....................................................3

2.2 轮子总成结构的设计.....................................................4

2.2.1 轮毂系的布置形式....................................................5

2.2.2 轮毂设计............................................................6

2.2.3 轮毂与浮动盘的配合..................................................7

2.2.4 轮子总成装配图.....................................................10

第3章 设计内容.............................................................13

3.1 基本内容..............................................................13

3.2 目标及约束............................................................13

3.3 技术方案..............................................................15

3.3.1 方案一.............................................................15

3.3.2 方案二.............................................................15

3.3.3 方案三.............................................................15

3.4 相关信息采集..........................................................15

3.5 项目预算..............................................................17

第4章 制动原理与性能分析...................................................19

4.1 相关参数..............................................................19

4.2 力学分析..............................................................20

4.3 能量转化分析..........................................................23

4.4 制动性能评估..........................................................23

第5章 轴毂设计方案.........................................................25

5.1 设计方案一............................................................26

5.2 设计方案二............................................................28

5.3 设计方案三............................................................29

5.4 最终设计..............................................................29

第6章 综合分析.............................................................31

6.1 有限元分析............................................................31

6.2 工艺制造性分析........................................................33

6.3 潜在缺陷及其影响分析..................................................33

第7章 建议与结论...........................................................35

7.1 全文总结..............................................................35

7.2 建议与展望............................................................35

致谢........................................................................36

参考文献....................................................................37

附录A......................................................................39

附录B......................................................................40

附录C......................................................................41

第1章 绪论

1.1 项目开展缘由

SAE Baja 赛车毕业设计团队的任务是设计一款能够实现盘式制动器安装并且和现有的车身结构有效结合的后刹车轮毂总成。目前，我们团队的赛车还没有高性能的后轮制动器。所以我们团队需要设计一款可靠的高性能的后刹车轮毂总成，以使学校团队的赛车能够参加2016年春季的SAE Baja赛车系列赛。我们毕业设计小组需要在现有的赛车基础上设计一个轴毂，并且要求该轴毂具备以下几个条件：1.能够与现有车身的结构相互兼容；2.能够实现盘式制动器的顺利安装；3.设计与功能符合SAE的赛制规则；4.质量尽量最小化；5.用相关的有限元软件对轴毂进行内部受力分析。为了使我们设计的方案能满足上述要求，我们团队打算用质量较轻的材料来降低整车的质量的同时保持车身的强度，所以需要选择一种高耐热性材料以防止制动时由于摩擦产生的热量导致轮毂变形^[1]。我们在最大可允许的应力范围内进行轴毂设计并且要达到SAE赛制要求，同时我们还会确定制动嵌体与制动盘之间的间隙。

1.2 研究现状