【正文】 在本次劃分網(wǎng)格采用程序默認的 實體單元， 10 節(jié)點的 4 面體單元（ solid187）和 20 節(jié)點的六面體單元（ solid186）。在導入到 Workbench 中，導入時候需要選擇單位制 ， 選擇采用（ mm kg N s）單位制。 ANSYS Workbench 的模型導入功能可以將目前大多數(shù)的三維軟件以本身自己的格式導入模型，不需要中間的 iges 格式轉(zhuǎn)換就可以較好的和其他三維軟件實現(xiàn)無縫連接。導入外部幾何體（ File—import external geometry file），幾何體可以是 prt 或者 sat 文件。 本軟件的網(wǎng)格 劃分默認狀態(tài)就有很好的可操作性。 面對制造業(yè)信息化大潮、仿真軟件的百家爭鳴雙刃劍、企業(yè)智力資產(chǎn)的保留等各種工業(yè)需求， ANSYS 公司提出的觀點是：保持核心技術(shù)多樣化的同時，建立協(xié)同仿真環(huán)境 [65]。 （ 4）構(gòu)造單元整體剛度矩陣。 ANSYS 軟件是有限元分析最常用的一種軟件，作者采用 ANSYS 軟件對某越野車車架進行了靜力載荷分析，分析結(jié)果可以為賽車車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠依據(jù)。 如下圖所示： 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 34 圖 310 willwood dsp 三維模型 Fig 310 the 3 d model figure of willwood dsp 、車輪三維建模 因為我們選擇的是 萬豐 13 英寸鋁合金輪輞和馬牌 205/510R13 輪胎，根據(jù)其參數(shù)建立三維模型如下圖： 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 35 圖 311 車輪三維模型 Fig 311 the 3 d model figure of vehicle wheels 、后驅(qū)動橋三維模型 根據(jù)整車總體尺寸建立后驅(qū)動橋三維模型如下圖所示： 圖 312 后驅(qū)動橋三維模型 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 36 Fig 312 the 3 d model figure of rear drive axle 、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 轉(zhuǎn)向設(shè)計要求： （ 1）、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須至少在兩只車輪上起作用； （ 2）、轉(zhuǎn)向輪必須與前輪機械連接； （ 3）、方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合近圓形。 、車架焊接方式的選擇 一般用電弧焊和氬弧焊兩種方式，但是氬弧焊是最好的！氬弧焊焊接出來的條紋漂亮，而且不易變形，比電弧焊更容易控制。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。 其他支撐要求： （ 1）在支架沒有和鋼制車架焊接的地方，支架必須安全可靠地用 8mm 級別或更高級別的螺栓和車架連接起來。 （ 5）前環(huán)的最高點必須在任何角度下高于方向盤的最高點。其功能是保護車手雙腳； （ 9）前端緩沖結(jié)構(gòu) —— 位于前隔板前方的可變形的吸能裝置； （ 10）側(cè)防撞區(qū)域 —— 從座艙底板上表面到離地 350mm（ 英寸），從前環(huán)到主環(huán)間的車輛側(cè)面區(qū)域。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，壽命短，修復困難，不可回收。 一體式碳纖維車架 （ 1）、定義 它通過一個物體的表面來承載，而不是使用內(nèi)部框架來承載。但是對于少量生產(chǎn)的轎車又如何呢？雖然可以采用共用平臺策略，但所謂的“共用平臺”能共用的只是懸架、傳動系統(tǒng) 等底盤部件，承載式的車架由于必須與車身形狀吻合，對于不同的車身造型是不能共用車架的。而這個壓力，主要會集中在軸距的中心點。在汽車上得到廣泛應用。機械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。限位塊可安裝在轉(zhuǎn)向立柱或齒條上，并且必須防止輪胎在轉(zhuǎn)向行駛時接觸懸架、車身或車架部件。 （ 2）摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可以分為鼓式、盤式和帶式三種。 （ 3）安裝有限滑式差速器的車橋，其兩個車輪可以使用單個制動器制動。路面的適應力好，輪胎接地面大、貼地性好。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動，這樣彈簧就要設(shè)計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及 左右側(cè)傾嚴重的不良傾向，不利于汽車的轉(zhuǎn)向，容易導致汽車操縱不穩(wěn)定等。 通過對 2020 年各個學校參加比賽的賽車了解總結(jié)之后發(fā)現(xiàn)，萬豐和Hoosier 是 FSAE 車隊使用最多的輪胎品牌和輪輞品牌，性能最好的是Hoosier 品牌，但由于成本因素等等考慮，我們選擇萬豐輪輞和馬牌輪胎品牌。 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 圖 22 空氣濾清器匣（圈內(nèi)） Fig 22 Air filter cartridge(in Circle) 圖 23 限流器（圈內(nèi)） Fig 23 current limiter(in Circle) 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 、排氣系統(tǒng) 汽車排氣系統(tǒng)是指收集并且排放廢氣的系統(tǒng)，一般由排氣歧管，排氣管，催化轉(zhuǎn)換器，排氣溫度傳感器，汽車消聲器和排氣尾管等組成。對于新車隊來說，改裝油底殼會比較麻煩，沒有經(jīng)驗，也不知道如何去改的時候，用 F4i 是很好的選擇 F4i 還有一個優(yōu)點就是價格比 600RR 便宜， 國內(nèi)二手發(fā)動機的價格應該在一萬人民幣以下原裝電腦，改成規(guī)則規(guī)定的 20mm進氣以后，馬力應該在 60~65hp。所以 FSAE 賽車發(fā)動機最關(guān)鍵的性能是穩(wěn)定優(yōu)秀的扭矩輸出，而發(fā)動機功率輸出性能的重要性則被弱化。 這里我們選擇一般賽車常用的方式：中置后驅(qū)。 、軸數(shù) 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 第一章 賽車總體參數(shù)與主要總成的選擇 、概述 、總體設(shè)計應滿足的基本要求 由動力裝置、底盤、車身、電器以及儀表等四部分組成的汽車，是用來載送人和貨物的運輸工具，而這里我們要設(shè)計的是用來參加比賽的賽車，其賽車懸架、轉(zhuǎn)向、制動總成設(shè)計參數(shù)選取和具體結(jié)構(gòu)等方面與普通車輛都存在差異，通過對在網(wǎng)上搜索的各類方程式賽車資料，進行整理，然后分析總結(jié)出方程式賽車應當具備的一些普通車輛所沒有的性能和結(jié)構(gòu)特點。 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。 SAE Mini Baja 的名稱沿襲了著名的墨西哥 Baja 1000 汽車比賽。 FSAE 賽車比賽是供大學生參與的工程設(shè)計競賽，其比賽目的與商業(yè)性質(zhì)賽車比賽有著很大的不同。所以隨著比賽的不斷 發(fā)展，很多非工科專業(yè)的學生也很好的參與到這項賽事中，并得到了極大的鍛煉。 、發(fā)展及現(xiàn)狀 FSAE 賽車比賽虛構(gòu)了一家賽車生產(chǎn)商。某一制造公司 聘請他們?yōu)槠湓O(shè)計、制造和論證一輛用來評估該公司某一量產(chǎn)項目的原型車。 關(guān)鍵詞： UG，大學生 F1 方程式賽車，車架，有限元分析，動力匹配 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) Formule SAE Collegiate Design of The Racing Car ABSTRACT The article is Based on the BAJA racing car model which is made at the Practice of Automobile Theory Course , and at the same time with binations of the FSAE car racing game rules and the circuit layout characteristics, to expand the design of a formula sae race car. Start from the chassis of the car , this article focuses on the design of automobile frame, because the frame is an important part of vehicle, it not only suffered from a variety of plex surface load, at the same time it is the carrier to install the other assembly. Through the finite element method analysis of frame structure, has important significances to improve the vehicle performance. According to《 FSC contest rules (2020) of the People39。通過有限元法對車架結(jié)構(gòu)進行分析，對提高整車 的各種性能有重要的意義。賽前車隊通常用 8至 12 個月組的時間設(shè)計、建造、測試和準備賽車。制造企業(yè)計劃每天生產(chǎn)四輛該型車 , 并要求原型車實際耗資應低于 萬美元（該規(guī)則 09 年已經(jīng)取消）。學生設(shè)計團隊在滿足規(guī)則要求的前提下一般用 8 到 12 月的時間設(shè)計、制造和測試自己的賽車。目的就是為了在充分保證參賽人員人身安全的前提下，盡可能的為參賽學生營造一個自由的比賽環(huán)境，來鼓勵學生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，使更多的原創(chuàng)設(shè)計和多種形式的賽車出現(xiàn)在賽場上。學生需要通過語言，圖表等各種方法，將自己作品的設(shè)計理念、技術(shù)特點、性能優(yōu)勢、加工成本和商業(yè)價值等要素有效地表達出來，使這家公司的負責人能夠充分了解你的設(shè)計方案的優(yōu)勢，并最終使他們認可你的設(shè)計方案。 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生競賽，這就是 Formula SAE。通過對底盤總布置的設(shè)計計算，合理選用各總成，合理裝配布置，保證底盤各總成運動協(xié)調(diào)，操縱輕便，使底盤各總成更加高效合理可靠的工作。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會讓車手更有信心，這能有效提高所有動態(tài)項目中最快圈速，這對經(jīng)驗不足的新車手特別重要。 這里我們選擇： 4x2。 、發(fā)動機主要性能指標的選擇 賽車發(fā)動機的選擇要根據(jù)比賽規(guī)則的要求和賽道特點而決定。參考絕大多數(shù)學校發(fā)動機的選擇，我們選擇本田摩托車的 Honda CBR600 F4i 電噴發(fā)動機，引擎形式四沖程水冷 DOHC，并列四汽缸。所以在空氣濾清器旁邊的進氣口上還加裝了一個限流器。 其參數(shù)如下： 表 變速箱性能參數(shù) Performance parameters of the gearbox 發(fā)動機內(nèi)部減速器傳動比 一檔速比 二檔速比 三檔速比 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 四檔傳動比 五檔傳動比 六檔傳動比 、主減速器及差速器的確定 發(fā)動機通過鏈傳動將動力傳遞到驅(qū)動橋，其中鏈條可以采用摩托車上的 520H 鏈條，而差速器可采用是五菱 LQG5010 型貨車差速器，該差速器為無鎖止的錐齒輪式差速器 。 （ 2）在技術(shù)檢查中，懸架的所有的安裝點必須可以被呈示 給技術(shù)檢查官，無論是可以直接看到或是通過移除覆蓋件來實現(xiàn)。 、懸架的選擇 本賽車采用當今方程式賽車普遍使用的懸架結(jié)構(gòu)，故采用獨立懸架。制動系統(tǒng)必須作用于所有四個車輪上，并且通過單一的控制機構(gòu)控制。 、制動器的分類 （ 1）制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。如下圖 26 所示： 圖 26 雙輪浮動盤式制動， willwood DSP Fig 26 Double floating disc brake,willwood DSP 、轉(zhuǎn)向的選擇 、轉(zhuǎn)向的要求 （ 1）方向盤必須與前輪機械連接。例如：方向盤的外輪廓可以有一些部分 趨向直線，但不可以有內(nèi)凹的部分。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。如果車架在某方面的韌性（ stiffness）不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無法達到良好的操控表現(xiàn)。 大學生 F1 方程式賽車整車設(shè)計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 、車架的分類 車架的類型有：梯形車架、一體式金屬車架、超輕量一體式車架、一體式碳纖維車架、大梁式車架、承載式車架、鋼管式車架、鋁合金車架、碳纖維車架、副車架等等。由于對鋼管車車架進行局部加強十分容易（ 只須加焊鋼管），在質(zhì)量相等的情況下，往往可以得到比承載式車架更強的剛度，這也是很多跑車廠仍樂于用它的原因。 FSAE 界的單體殼也絕大多數(shù)是碳纖維增強樹脂（ Carbon Fibre Reinforced Plasti