【正文】 of gravity position. And then design their own out of the use of three different frame structures Proe model, then three trailers into ansys structural analysis software for static and time frame roll static analysis, by paring the optimized results will optimize the modal analysis of the frame. Since the frame is a simple fact to see is more plicated, not only through the analysis ansys software to meet design requirements, and shorten the design cycle. The optimal design by the Chinese FSAE car frame is designed to be more perfect, while a lot of data by race for the nation through the automotive industry can provide many important data, and further make the national car more secure and practical. Key words: Frame。 optimal Design 1 第 1章 緒 論 全套圖紙，加 153893706 研究的目的和意義 (1)通過此次畢業(yè)設計能為 FSAE賽車提供出車架的設計方案，能填補學校 在這方面的空白之處，也能為學校組建 FSEA方程式賽車作出微薄的貢獻。 （ 5）汽車作為交通工具之一，已經 成為人們生活不可缺失的生活工具，在經濟高速發(fā)展的今天，汽車工業(yè)也得到了很好的發(fā)展。 （ 8）由于中國有 20xx年才開始舉辦 FSAE方程式賽車的比賽，加之中國汽車制造業(yè)起步晚于發(fā)達國家，所以此次車架的研究設計對中國大學方程式賽車的設計有著突破性的意 義。比賽的目的是設計、制造一輛小型的高性能賽車。由參與的學生負責管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預算以及成本控制、設計、采購設備、材料、部件以及制造和測試。目標市場就是那些會在周末去參加高速穿障比賽（ Autocross）的非專業(yè)車手。制造公司日產能力要達到 4 輛，并且原型車的造價要低于 25,000 美元。 70 年 3 代中期，幾個美國大學開始主辦當地的學生設計競賽賽車。 Mini Baja 比賽重點強調了地盤的設計，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。在發(fā)達國家，很多高校已經從事 Formula SAE 超過 20 年時間，擁有大量資金和試驗基礎的情況下，他們的作品已經基本達到了專業(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。 湖南大學汽車學院也在國外獲得過一定的成績。 主要設計內容 及技術路線 主要設計內容： （ 1） 研究應用有限元、靜態(tài)分析以及所有軟件基礎。 4 （ 5） 運用 ansys 軟件對三種不同結構的車架進行結構靜力分析， 通過分析結果得到優(yōu)化車架。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。/m 。 車架的結構形式 根據縱梁的結構特點，車架可分為以下幾種結構型式： 周邊式車架 周邊式車架用于中級以上的轎車。其最大特點是前后兩段縱梁系經所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。在側視圖上，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。 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。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的車身地 板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。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。無論哪一種轎車車架，在前、后橋處均要求有較大的扭轉剛度，為此，相關的縱、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。既縱梁中部相當長的范圍內具有最大高度和寬度，而兩端可根據應力情況相應的縮小。有時根據設計要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或寬些 ，但其尺寸與限定的汽車 輪廓寬 相適應。與其他類型的車架比較，其扭轉剛度最大。這時，主減速器與脊梁相固定，該驅動橋應為斷開式的且獨立懸架相匹配。 空間衍架結構（ spaceframe） 一種十分傳統也是在業(yè)余比賽中最為常見的車架。 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，結構強度難控制，基本沒有容錯性。因為 FSAE廣泛使用的有管件結構車架、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構形式。 FSAE車架的設計參考 首先是對國內外車架的的借鑒。 （ 3）后置后驅的方式改善了賽車駕駛員的視野，讓駕駛員更能觀察比賽的情況同時做出相應的調整。 同時在規(guī)則中有很多是專門保證車架 乘坐空間和車身強度的，諸如座艙的俯視有效面積、腿部空間、一定坐姿下頭部離主環(huán)前環(huán)連線的距離，以及管件的截面最小尺寸，側防撞結構，前隔板、前環(huán)、主環(huán)的支撐結構等等。 （ 3）車架主環(huán)梯形的設計方案，是主環(huán)加工簡單。 （ 4） 主環(huán)頂部采用圓形結構設計，讓車架的有一定的流線美觀的同時也為賽車 側翻起保護作用。 （ 4） 該車架同時也省略了前環(huán)與側防撞桿的連接，使其結構強度降低但降低了 車架的質量。對材料不僅僅要考慮它的強度和密度，同樣重要的是材料的穩(wěn)定性、加工焊接工藝要求、能否獲得、價格等因素。為了使車架加工方便和降低成本，在符合要求的前提下我全部選用 直徑為 *。對 FSAE賽車進行了總體布置，并且對賽車車架進行了三種不同結構的設計，還對車架的材料如何選擇規(guī)定進行了介紹，同時對車架的材料進行了選擇，最后對整車的質心進行了確定和受理分析。目前已經發(fā)布了 Pro/ENGINEER20xxi2。 主要特性 全相關性： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關的。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。 數據管理：加速投放市場，需要在較短的時間內開發(fā)更多的產品。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數量不受限制。 27 第 4 章 車架有限元分析 Ansys軟件概述 有限元法是最近二三十年發(fā)展起來的一種有效的通用計算方法，是借助于高速數字電子計算 機解決問題的近似計算方法。這種方法首先在固體力學范疇，而后在工程技術各個領域令得到了廣泛的應用?，F在，它已經被公認是一種有效的數值計算方法，被廣泛應用于固體力學、流體力學、熱傳導以及電磁學等連續(xù)介質或場問題這類工程技術領域。有限元法的第一個黃金時期開始于6 年代初，當時，將一個連續(xù)體離散化為有限個單元組合體的這種有限元的概念開始在工程界流行， G． N． White 比和 K． O． Friedrichs 采用了規(guī)則的三角形單元，從變分原理出發(fā)來求解微分方程式。當時，他們發(fā)表了很多關于有限無法的數學文獻，論證有限元法的基本原理是逼近淪，是偏微分方程及其變分形式和泛函分析相結合，并致力于估計各種單元類型離散化的誤差、收斂速度和穩(wěn)定性。 從數學角度來看，有限元法是將一個偏微分方程化成一個代數方程組，利用計算機求解。有限單元法分析問題的思路是從結構矩陣分析推廣而來的。因此，可以把彈性連續(xù)體看作由無限多個微元體所組成。根據物體的幾何形狀特征、載荷特征、邊界約束特征等，單元有各種類型。 29 在此基礎上，對每一單元根據分塊近似的思想，假設一個簡單的函數來近似模擬其位移分量的分布規(guī)律，即選擇位移模式，再通過虛功原理 (或變分原理或基他方法 )求得每個單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關系。因此，只要研究并確定有限大小的單元力學特性，就可根據結構分析的方法求解，使問題得到簡化 Pro/ 與 的接口建立 第一步選擇 ansys 文件下 CAD Configuration Manager 點擊出現下圖，并在pre/engineer 前打鉤然后進行下一步。 FSAE車架結構靜力分析 通過 ansys 軟件的強大功能對車架進行靜力分析，通過分析結果 來比較得到優(yōu)化車架完成本次設計中重要的一節(jié)。 通過對數據的分析與比較： （ 1）通過對最大變形量與最大應力的比較模型三的變形量最大 故淘汰模型三這種結構的車架。 綜合上述分析模型一的車架為最佳車架并對其進行進一步的優(yōu)化。 42 圖 車架側翻變形圖 圖 車架側翻應力圖 43 通過 分析結果所得 到數據車架側翻的時候 最大變形為 ，應力為 206MPa，強度和剛度都在安全范圍內，所以當車發(fā)生側翻的時候車手是完全安全的。 表 模態(tài)分析數據表 一階 二階 三階 四階 五階 六階 震動頻率 本次設計發(fā)動機采用 cf188，根據提供數據得出發(fā)動機怠速狀態(tài)下轉速為1300? 100r/min，最高轉速為 7500r/min，而發(fā)動機的震動是點 火一次頻率為 1Hz，本發(fā)動機為 單 缸，曲軸 每 轉 2圈發(fā)動機點火 1次。本設計運用的 proe 軟件與 ansys 軟件，也對 proe 軟件的發(fā)展歷史、特點和功能進行了介紹 。通過這些解決了車架設計中結構要滿足賽車的強度和剛度的要求達到了設計的目的。 ANSYS 工程計算應用教程 [M]。以前只是應付考試，現在要自己設計一個產品出來，才覺得到自己學的只是遠遠不夠。 在指導老師的指導 下，我順利的完成這次畢業(yè)設計任務， 完成了畢業(yè)設