【正文】 判標準組成，即一天的靜態(tài)比賽 —— 設(shè)計 、成本、陳述 —— 接著一天是各自的性能競賽 2項目。 Mini Baja 比賽重點強調(diào)了地盤的設(shè)計，因為每個隊伍都使用一個 8 匹馬力的引擎，這一點無法改變。在過去的 20 多年里， SAE Mini Baja 的成功超乎了每個人的預(yù)期。在 SAE Mini Baja 的成功獲得各界認同的同時， SAE 聯(lián)合美國三大汽車公司開始推廣一項技術(shù)水平更高的工程類學(xué)生競賽，這就是 Formula SAE。 FormulaSAE 相比 SAE Mini Baja 有著許多進步和發(fā)展，引擎的限制也已經(jīng)大大放寬，允許參賽車隊使用 610cc 以 下的發(fā)動機，這極大地提升了賽車的性能表現(xiàn)。在發(fā)達國家，很多高校已經(jīng)從事 Formula SAE 超過 20 年時間，擁有大量資金和試驗基礎(chǔ)的情況下，他們的作品已經(jīng)基本達到了專業(yè)水平，最高時速可達到甚至超過 200km/h， 0 到 100km/h 加速時間一般都在 以內(nèi)。從原先在SAE Mini Baja 比賽中的 8hp 發(fā)動機到現(xiàn)今 Formula SAE 中已經(jīng)超過 100hp 的大功率發(fā)動機， Formula SAE 在多方面都取得了驚人的成績，并且該項比賽一直保持了發(fā)展的態(tài)勢。 （ 2） 國內(nèi) 上海交通大學(xué)機械與 動力工程學(xué)院于 20xx 年率先開始致力于 Formula SAE 方程式賽車的開發(fā)研制。上海交通大學(xué) Formula SAE 車隊在 20xx 年研制出的 SJTU FormulaSAE 樣車是中國大陸第一輛 Formula SAE 賽車，之后又在 20xx 年完成了第二輛 SJTUFormulaSAE 參賽賽車的設(shè)計和制造，并于同年 6 月參加了位于美國加州Fontana舉行的 Formula SAE West 競賽，最終獲最佳新秀車隊獎。 湖南大學(xué)汽車學(xué)院也在國外獲得過一定的成績。 這也是到目前位置中國高校在該項賽事中獲 得的最好成績。 20xx年中國也舉辦了第一屆 FSAE賽車比賽，各個高校雖然在國內(nèi)都取得一定的成績，但是賽車的性能相對國外的比較還差得很遠。賽車車架的設(shè)計又是賽車非常重要的設(shè)計，車架對賽車來說固定各個零部件的同時還得在發(fā)生危險的時候保護車手的安全，這些國內(nèi)還有很多的距離要去追趕。 主要設(shè)計內(nèi)容 及技術(shù)路線 主要設(shè)計內(nèi)容： （ 1） 研究應(yīng)用有限元、靜態(tài)分析以及所有軟件基礎(chǔ)。 （ 2） 車架設(shè)計方法以及設(shè)計步驟的研究。 （ 3） 以收集的資料車架為參考設(shè)計 出三種不同結(jié)構(gòu)的車架 。 （ 4） 研究 proe 建模軟件，將自己設(shè)計出來的三種不同結(jié)構(gòu)的車架運 用 proe 軟件進行建模然后倒入 ansys 分析軟件。 4 （ 5） 運用 ansys 軟件對三種不同結(jié)構(gòu)的車架進行結(jié)構(gòu)靜力分析， 通過分析結(jié)果得到優(yōu)化車架。 優(yōu)化設(shè)計后進行模態(tài)分析與車架側(cè)翻的安全分析 （ 6） FSAE 賽車車架屬于非承載式車身，它是整車的安裝基礎(chǔ)，所以對整車的總體布置也是屬于研究范圍。 技術(shù)路線： 調(diào)研并收集 FSAE 賽車車架資料 對賽車車架進行總體布置 運用 Pro/e 建立初步的模型 有限元模型的建立 對車架進行有限元分析 N 5 第 2 章 FSAE 賽車車架的設(shè)計 車架的概述 車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以 下的客車、中高級和高級轎車所采用，支承著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所用簧上質(zhì)量的有關(guān)機件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最?。卉嚰芤矐?yīng)有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴重的變形和開裂。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機件的可靠性下降。貨車車架的最大彎曲撓度通常應(yīng)小于10mm。但車架扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過大，否則 將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪對 FSAE車架進行優(yōu)化設(shè)計 車架定型 總圖設(shè)計出圖 完成設(shè)計和設(shè)計說明書 Y 6 胎的接地性變差，使通過性變壞。通常在使用中其軸間扭角約為 1176。/m 。在保證強度、剛度的前提下車架的自身質(zhì)量應(yīng)該盡可能減小，以減小車身質(zhì)量。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。此外，車架設(shè)計時還應(yīng)考慮車型系列化及改裝車等方面的要求。 車架的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點，車架可分為以下幾種結(jié)構(gòu)型式： 周邊式車架 周邊式車架用于中級以上的轎車。如圖 （ a） 所示，在俯視圖上車架的中部寬、兩端窄。中部寬度取決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬；前端寬度取決于前輪距及前 輪最大轉(zhuǎn)角；后端寬度則有后輪距確定。左右相關(guān)縱梁由橫梁連接。其最大特點是前后兩段縱梁系經(jīng)所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。前緩沖臂位于車廂前圍板下部傾斜踏板前方；后緩沖臂位于后座下方。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形，可吸收來自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。此外，車架中部加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又減短了車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長度。在側(cè)視圖上，與其他型式的轎車車架類似，在前方車輪處縱梁向上彎曲以讓出前后獨立懸架或非斷開式后橋的運動空間。采用這種車架時車身地板上的傳動軸通道所形成的鼓包不大 ，但門檻較寬，見圖 （ a）。 X 形車架 如圖 （ b）所示，這種車架為一些轎車所采用。車架的中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯視圖上的 X 形狀。 7 （ a）周邊式車架；（ b） X 形車架；（ c）梯形車架 圖 轎車車架 前端的叉形梁用于支承動力 傳動總成，而后端則用于安裝后橋。傳動軸經(jīng)中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強前、 后懸架的支承。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè)的車身地 板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大，見圖 （ b），雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的強度和剛度。 8 梯形車架 梯形車架又稱邊梁式車架，是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲剛度較大，而當承受扭矩時，各部分同時產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛的采用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。用于轎車的梯形車架，見圖 （ c），為了降低地板高度，可局部減小縱 梁及橫梁的斷面高度并相應(yīng)地加大其寬度，但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時為高，當然地板上的傳動軸通道鼓包也就不大了，見圖 （ c）。 如果也包括固定車身的支架，則上述三種轎車車架的自身質(zhì)量差別不大。無論哪一種轎車車架，在前、后橋處均要求有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，為此，相關(guān)的縱、橫梁可采用封閉式斷面，這種封閉式斷面可由相配的一對且以垂向面為開口的沖壓成型的槽型梁相互插入并用電弧焊焊接而成。對于不承受扭矩的車架元件、用于固定動力總成的橫梁以及車架兩端位于基本橫梁以外的縱梁，均采用沖壓成型且具有開 口的槽型斷面。 載貨汽車的梯形車架如圖 所示，由兩根相互平行且開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長不變或局部降低，而兩端的下表面則可根據(jù)應(yīng)力情況，適當?shù)叵蛏鲜湛s。既縱梁中部相當長的范圍內(nèi)具有最大高度和寬度，而兩端可根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)的縮小。車架寬度多為全長等寬。車架寬度的標準化有利于產(chǎn)品的三化，例如可使車架橫梁、前后橋及駕駛室、貨箱等進行互換。車架等寬也簡化了縱梁的沖壓工藝且在縱梁上不會產(chǎn)生附加扭矩。有時根據(jù)設(shè)計要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫?，但其尺寸與限定的汽車 輪廓寬 相適應(yīng)。車架的長度大致接近整車長度，約為軸距的 倍。 脊梁式車架 如圖 所示脊梁式車技由一根位于汽車左右對稱中心的大斷面管形梁和某些懸伸托架構(gòu)成，猶如一根脊梁。管梁將動力 傳動系連成一體，傳動軸從其中間通過，故采用這種結(jié)構(gòu)時驅(qū)動橋必須是斷開式的并與獨立懸架相匹配。與其他類型的車架比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。容許車輪有較大的跳動空間，使汽車有較好的平順性和通過性。但車架的制造工藝復(fù)雜，維修不便，僅用于某些平順性、通過性要求較高的汽車上。 綜合式車架 系綜 合上述脊梁式和邊梁式兩種型式而成，如圖 所示。這時，主減速器與脊梁相固定，該驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式的且獨立懸架相匹配。其實，圖 （ b）所示的 X 形車架也應(yīng)歸于這一類型，但該車架可與非斷開式驅(qū)動橋及非獨立懸架相匹配。 9 （ a） 采用周邊式車架時； （ b） 采用 X 形車架時； （ c） 采用梯形車架時 ； ； ； 圖 采用不同車架時的車身底板 圖 載貨汽車的梯形車架 圖 具有脊梁式車架的汽車底盤 10 圖 綜合式車架 賽車車架的介紹 賽車一般分為兩 類： 單體式（ monocoque） 車架是由復(fù)合材料一體成形的殼體，質(zhì)輕而堅硬，尺寸也非常精確， F1采用的就是這種結(jié)構(gòu)。雖然性能優(yōu)異但是造價高昂，在國內(nèi)也非常難找到能制造高溫真空碳纖件的工廠，故暫時未被國內(nèi)車隊采用。 空間衍架結(jié)構(gòu)（ spaceframe） 一種十分傳統(tǒng)也是在業(yè)余比賽中最為常見的車架。它十分受歡迎的原因是設(shè)計制造都很簡單便宜。制造它所需要的工具僅僅是鋸子、量具和焊槍。相對于單體式車身它的另一個優(yōu)勢在于發(fā)生碰撞后可以很容易的檢修。 優(yōu)點：高強度，輕量化，易于車身造型，安裝一步到位，精度 容易保證 缺點：制造加工困難，造價高昂，結(jié)構(gòu)強度難控制，基本沒有容錯性。 限制條件：經(jīng)費有限，加工廠家少，最終效果難以保證 空間車架： FSAE的車架大都采用衍架結(jié)構(gòu)，也有車隊采用混合結(jié)構(gòu)，即坐艙部分為單體式，而前后懸和發(fā)動機艙用管件搭成。在目前 FSAE賽車中使用的是由金屬管件構(gòu)成的空間剛架結(jié)構(gòu)，用以承受全車載荷，并且是所有部件的安裝基礎(chǔ)。屬于最基本的車架類型。因為 FSAE廣泛使用的有管件結(jié)構(gòu)車架、單體殼車身兩種，綜合考慮制造、造價和性能因素后選用此種車架結(jié)構(gòu)形式。 FSAE使用的空間管件結(jié)構(gòu)車架基本使 用鋼管或鋁合金管經(jīng)焊接、鉚接或高強度粘接加工而成。 優(yōu)