【正文】 13 英寸鋁合金輪輞；馬牌223/533R14。、懸架的分類汽車(chē)懸架的形式分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩種：（1）非獨(dú)立懸架的車(chē)輪裝在一根整體車(chē)軸的兩端，當(dāng)一邊車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，影響另一側(cè)車(chē)輪也作相應(yīng)的跳動(dòng)，使整個(gè)車(chē)身振動(dòng)或傾斜，汽車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性較差，但由于構(gòu)造較簡(jiǎn)單，承載力大，目前仍有部分轎車(chē)的后懸架采用這種型式。如圖25所示：圖25 雙橫臂不等長(zhǎng)獨(dú)立懸架Fig 25 Range double wishbone independent suspension、方程式懸架系統(tǒng)的特殊性該系統(tǒng)采用將彈性元件內(nèi)置于車(chē)身外殼中的形式，這樣可以降低高速行駛中的風(fēng)阻，避免了避震彈簧上的橫向力影響，減小了由于橫向力而造成的車(chē)身振動(dòng)，并且減小了懸架運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（4）制動(dòng)系統(tǒng)必須在后述的測(cè)試中，能夠抱死所有四個(gè)車(chē)輪。帶式制動(dòng)器只用作中央差速器；鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式也分有多種。（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過(guò)7176。（2）轉(zhuǎn)向系的組成：轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖所示：圖28 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器基本原理示意圖Fig 28 the basic principle diagram of Pinion and rack steering gear轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)向梯形如下圖所示：圖29 轉(zhuǎn)向梯形示意圖Fig 29 the diagram of steering trapezium、車(chē)架形式的選擇、車(chē)架的定義也稱大梁。因此車(chē)架底部的縱梁和橫梁(member），一般都要求較強(qiáng)的剛度。于是鋼管式（又稱“框條式”）車(chē)架便應(yīng)運(yùn)而生。Mono來(lái)源于希臘，指單一的意思。 結(jié)論通過(guò)以上比較國(guó)內(nèi)FSAE賽車(chē)多數(shù)使用的是鋼管式車(chē)架，但隨著技術(shù)不斷地成熟，以及資金的充裕必將會(huì)有越來(lái)越多的車(chē)隊(duì)使用一體式碳纖維車(chē)架。、車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程方程式汽車(chē)大賽目前在國(guó)外已有20余年的歷史，國(guó)外車(chē)隊(duì)相關(guān)賽車(chē)的車(chē)架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)成熟，而且首屆中國(guó)大學(xué)生方程式汽車(chē)大賽的規(guī)則與國(guó)外基本相同，所以項(xiàng)目組在參考國(guó)內(nèi)外車(chē)架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合本隊(duì)賽車(chē)的總布置和人機(jī)工程需要，按照規(guī)則的要求，我們選擇選擇的圓管規(guī)格為30mmx25mm最終完成了車(chē)架的設(shè)計(jì)，下面是車(chē)架的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。（6）前環(huán)位于方向盤(pán)的距離不得超過(guò)250mm(9．8英寸)。；（2）在主環(huán)支架和承載結(jié)構(gòu)結(jié)合的地方，必須在承載結(jié)構(gòu)的背面安裝一塊和固定板相同的備用支持板，這樣可以避免因受力而核心破碎；根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)出的車(chē)架三維模型如下圖所示：圖35 車(chē)架三維模型圖（1）Fig 35 the 3 d model figure of frame (1)為了選擇更性能更好的車(chē)架在此重復(fù)以上步驟，設(shè)計(jì)出另一款車(chē)架如下圖所示：圖36 車(chē)架三維模型圖（2）Fig 36 the 3 d model figure of frame (2)、車(chē)架材料的選擇大學(xué)生方程式賽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)與選材必須遵循輕量化的設(shè)計(jì)原則，重量較輕的車(chē)可以獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性、加速性、提高最大速度、改善操縱穩(wěn)定性。（2）Q345是一種鋼材的材質(zhì)。4130的焊接特性本來(lái)就差，焊接以后有冷裂。根據(jù)整車(chē)尺寸以及上述要求選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維模型如下圖：圖313 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維模型Fig 313 the 3 d model figure of Steering system、油箱三維模型的建立由于比賽要求對(duì)賽車(chē)油箱沒(méi)有任何要求，那就根據(jù)賽車(chē)總體尺寸以及整車(chē)布置要求建立油箱三維模型如下圖所示：圖314 油箱三維模型Fig 314 the 3 d model figure of fuel tank、車(chē)身的設(shè)計(jì)車(chē)身設(shè)計(jì)的要求：從車(chē)的前端到主防滾架或者防火墻的這段空間里，除了駕駛艙必須的可口，車(chē)體上不允許有其他的開(kāi)口。線性靜力結(jié)構(gòu)分析用來(lái)分析結(jié)構(gòu)在給定靜立載荷作用下的響應(yīng)，一般情況下關(guān)注的是結(jié)構(gòu)的位移、約束力、應(yīng)力及應(yīng)變等參數(shù)，動(dòng)力學(xué)的通用運(yùn)動(dòng)方程如下所示： （）其中[M]—質(zhì)量矩陣，[C] —阻尼矩陣，[K] —?jiǎng)偠染仃嚕瑊u}—位移矢量，{F}—力矢量。（5）施加邊界條件、初始條件和邊界載荷。Workbench是ANSYS的一個(gè)集合框架，它整合了ANSYS現(xiàn)有的技術(shù)，并將仿真過(guò)程結(jié)合在一起?？梢圆捎枚嘤蚍ǎ∕ultiZone）劃分網(wǎng)格。（2）可以直接使用分析軟件提供的建模模塊，采用自頂向下或自底向上的方法建模。而且其導(dǎo)入的模型具有較好的完整性，其導(dǎo)入的單位采用統(tǒng)一的單位制。根據(jù)以上原則建立的車(chē)架結(jié)構(gòu)CAD模型如圖42所示。為了減少計(jì)算量，在機(jī)床的大面上設(shè)置網(wǎng)格尺寸稀疏，在關(guān)鍵部分設(shè)置的網(wǎng)格要細(xì)密一些，網(wǎng)格的尺寸可以通過(guò)sizeing設(shè)置。應(yīng)用于規(guī)則形狀，例如圓柱或者長(zhǎng)方體機(jī)構(gòu)，可以劃分機(jī)床簡(jiǎn)化后的絲杠，簡(jiǎn)化后的軸承，電主軸，刀具等規(guī)則形狀。圖45有限元網(wǎng)格圖 Finite element mesh、車(chē)架靜力學(xué)分析車(chē)架的靜力學(xué)分析，主要是研究車(chē)架梁?jiǎn)卧艿礁鞣N方向的外力時(shí)的變形及應(yīng)力情況。 車(chē)架靜態(tài)載荷見(jiàn)表42：表42 材料參數(shù)Tab42 material parameters載荷類型質(zhì)量（kg）處理方式車(chē)架自重30重力場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)總成90均布載荷傳動(dòng)系總成11均布載荷車(chē)手加座椅70均布載荷油箱7均布載荷車(chē)架座艙面積為0．64m2。約束條件設(shè)置得正確與否也是計(jì)算成敗的關(guān)鍵。而車(chē)架整體變形量最大的地方是主環(huán)頂部鋼管，滿足設(shè)計(jì)要求。即模擬整車(chē)的轉(zhuǎn)彎工況。 在車(chē)架與前懸架左右連接點(diǎn)處施加2個(gè)方向相反的1000N的壓力，通過(guò)仿真分析計(jì)算該硬點(diǎn)的作用力變形l。由于比賽偶然因素較多，車(chē)架扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)最終的比賽成績(jī)影響并不著． 盡管如此，盡可能提高單位質(zhì)量下的扭轉(zhuǎn)剛度仍是設(shè)計(jì)車(chē)架的目標(biāo)，可采取的措施有:( 1) 盡可能多地使車(chē)架管件構(gòu)成三角形結(jié)構(gòu)．由于三角形固有的穩(wěn)定性可很好地在焊接節(jié)點(diǎn)間傳遞力，并減少車(chē)架變形；( 2) 增大車(chē)架整體的寬度，車(chē)架截面積隨之增大，可提高車(chē)架結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度。 l為前、后懸架約束的距離。汽車(chē)的動(dòng)力性能由以下三個(gè)指標(biāo)評(píng)斷：（1） 滿載狀態(tài)下的爬坡能力；（2） 最高車(chē)速；（3） 加速能力。車(chē)型參數(shù)賽車(chē)整車(chē)整備質(zhì)量(kg)300滿載質(zhì)量(kg)360迎風(fēng)面積(m2)1輪胎型號(hào)223/533R14輪胎滾動(dòng)半徑(Rk) m空氣阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)內(nèi)部減速器傳動(dòng)比鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比一檔速比二檔速比三檔速比四檔傳動(dòng)比五檔傳動(dòng)比六檔傳動(dòng)比表46 車(chē)型主要參數(shù)表 Main parameter table of the model、汽車(chē)動(dòng)力性能計(jì)算、動(dòng)力性計(jì)算相關(guān)公式（1）驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式Ft=Ttqiqioηt/r式中：Ttq——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm）；ig ——變速器傳動(dòng)比；io ——主減速器傳動(dòng)比；ηt ——傳動(dòng)效率；r ——滾動(dòng)半徑(m)；（2）汽車(chē)行駛速度公式（在驅(qū)動(dòng)輪不打滑的情況下）ua=n/ ig/ io 式中：ua ——汽車(chē)行駛速度（km/h）；n ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；（3）滾動(dòng)阻力系數(shù)公式f=（1+ ua2/19440） 式中： f ——滾動(dòng)阻力系數(shù)；（4） 空氣阻力公式Fw=CdAua2/式中：Fw ——空氣阻力；A ——迎風(fēng)面積； Cd ——空氣阻力系數(shù)；（5）動(dòng)力因數(shù)D=（Ft－Fw）/G式中：D ——?jiǎng)恿σ驍?shù)；（6）滾動(dòng)阻力公式Ff＝Gf式中：G ——整備質(zhì)量或滿載質(zhì)量；（7）加速度計(jì)算未考慮汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)、計(jì)算過(guò)程及結(jié)果（利用matlab軟件對(duì)附件程序進(jìn)行運(yùn)算得出結(jié)論）(1)擬合得到的外特性曲線圖圖426 外特性曲線圖Fig 426 the graph of engine fullload characteristic上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與對(duì)應(yīng)的功率是根據(jù)原有外特性曲線，從圖中可以看出隨主發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)矩都在增加，最大轉(zhuǎn)矩Ttqmax==7000r/min；再增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)Ttq有所下降，但功率繼續(xù)增加一直到Pemax=，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為np=9000r/min；繼續(xù)增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速功率下降。汽車(chē)動(dòng)力性能的好壞，是汽車(chē)工作效能的標(biāo)志。 a為力作用點(diǎn)到前懸架約束的距離。) 、車(chē)架剛度分析、車(chē)架扭轉(zhuǎn)剛度分析車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度決定車(chē)輛在扭曲路面行駛時(shí)懸架硬點(diǎn)的位置精度，是影響賽車(chē)性能的重要指標(biāo)之一，國(guó)外大多數(shù)參賽車(chē)隊(duì)均將車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度作為車(chē)架設(shè)計(jì)重點(diǎn)。、轉(zhuǎn)彎工況的分析離心力會(huì)導(dǎo)致賽車(chē)在急轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生側(cè)向載荷，所以車(chē)架應(yīng)能承受側(cè)向載荷。當(dāng)計(jì)算彎曲工況時(shí)，車(chē)架承受的靜載荷需乘上一個(gè)動(dòng)載因數(shù)，一般為2． 0 ～ 2． 5，本文取2．5。賽車(chē)在良好賽道路面上勻速直線行駛時(shí)，為彎曲工況。（3）結(jié)構(gòu)支撐，是指約束限制構(gòu)件在某一范圍內(nèi)的移動(dòng)。對(duì)于受力復(fù)雜的下層車(chē)架鋼管劃分網(wǎng)格分得細(xì)密些，尺寸單元約為10mm，其對(duì)于受力較少的上層車(chē)架單元網(wǎng)格劃分得粗些， 其尺寸單元約為25～45mm，對(duì)于與懸架硬點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)固定點(diǎn)相連接的車(chē)架管件網(wǎng)格劃分要更細(xì)些為5mm。劃分采用四面體可以應(yīng)用于各種尺寸不為零的復(fù)雜形狀。因此盡可能的將有限元網(wǎng)格采用6面體結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了避免ANSYS中的單位換算，在UG中建模過(guò)程中要統(tǒng)一使用單位，按照標(biāo)準(zhǔn)單位制(mm)進(jìn)行建模。對(duì)于UG ，在ANSYS安裝時(shí)需要進(jìn)行無(wú)縫連接的接口設(shè)置，這樣不僅能無(wú)損轉(zhuǎn)換模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了以執(zhí)行部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，可使工程人員在有限元分析過(guò)程中快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)二者的無(wú)縫鏈接。、有限元模型的建立在ANSYS Workbench中有限元分的建模一般有兩種方法：（1）從一個(gè)打開(kāi)的CAD系統(tǒng)中探測(cè)并導(dǎo)入當(dāng)前的CAD文件（File—Attach to Active CAD Geometry）。導(dǎo)入的模型具有接觸關(guān)系，進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改即可達(dá)到要求。Workbench 是ANSYS公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中CAE軟件的異構(gòu)問(wèn)題。（3）建立單元方程。將有限元分析技術(shù)用于大學(xué)生F1方程式賽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)分析，對(duì)改進(jìn)其結(jié)構(gòu)性能以及整車(chē)安全是非常必要的。根據(jù)車(chē)的總體尺寸，參照別的學(xué)校懸架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出懸架的三維模型如下圖所示：圖39 懸架系統(tǒng)三維模型Fig 39 the 3 d model figure of suspension system、制動(dòng)系統(tǒng)的三維建模參照雙輪浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)willwood DSP外形參數(shù)建立三維模型。通過(guò)以上比較既要輕量化又要達(dá)到足夠的強(qiáng)度，從而獲得性能優(yōu)異的車(chē)架我們選擇4130材料。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。前環(huán)支架：（1）前環(huán)必須由兩個(gè)分別位于前環(huán)兩側(cè)的向前伸的支架支撐；（2）必須安裝前環(huán)支架是為了保護(hù)車(chē)手的腿部，并且必須延伸到車(chē)手腳的前部。（4）若是采用合適的節(jié)點(diǎn)和三角板結(jié)構(gòu)，允許把前環(huán)設(shè)計(jì)成多段組合的鍵。主環(huán)上部和主環(huán)斜撐不包括在該定義中；（8）前隔板——車(chē)架主體結(jié)構(gòu)前端的一個(gè)平面結(jié)構(gòu)。如下圖所示：圖212 單體殼車(chē)架Fig 211 Single shell frame（2）、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度，輕量化，易于車(chē)身造型，安裝一步到位，精度容易保證。缺點(diǎn)：不利于空間布置和車(chē)身造型、需要覆蓋車(chē)身，因而不利于輕量化。下面我們主要介紹一下這兩種車(chē)架： 鋼管式車(chē)架介紹（1）、定義承載式車(chē)架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝都復(fù)雜，只適宜大批量生產(chǎn)。（1）負(fù)載彎曲從字面上就可以十分容易的理解這個(gè)壓力，部分汽車(chē)的非懸掛重量，是由車(chē)架承受的，通過(guò)輪軸傳到地面。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。（6）在任何角度，方向盤(pán)上端必須低于前環(huán)的上端如圖27：圖27 方向盤(pán)的位置Fig 27 The location of the steering wheel、轉(zhuǎn)向系的確定（1）轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車(chē)行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)向關(guān)系。（2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須安裝有效的轉(zhuǎn)向限位塊，以防止轉(zhuǎn)向連桿結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機(jī)構(gòu)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)處發(fā)生反轉(zhuǎn)）。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。每個(gè)液壓制動(dòng)回路必須有其專用的儲(chǔ)液罐（可以使用獨(dú)立的儲(chǔ)液罐，也可以使用廠家生產(chǎn)的內(nèi)部被分隔開(kāi)的儲(chǔ)液罐） 。采用此種懸架，主要優(yōu)點(diǎn)是不等長(zhǎng)式上下各有一個(gè)不等長(zhǎng)搖臂，共同吸收橫向力，因此橫向剛度大，并且通過(guò)合理的布置，可以使輪距和前輪的定位參數(shù)在可接受的限定范圍內(nèi)變化，這就克服了等長(zhǎng)式雙橫臂懸架輪胎磨損嚴(yán)重的弊端。從外表上看，轎車(chē)懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬(wàn)不要以為它很簡(jiǎn)單，相反轎車(chē)懸架是一個(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車(chē)總成，這是因?yàn)閼壹芗纫獫M足汽車(chē)的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。主減速比：鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比=；、輪胎和輪輞的選擇車(chē)輪與輪胎是汽車(chē)行駛系統(tǒng)中的重要部件，其功用是：支撐整車(chē)；緩和由路面?zhèn)鱽?lái)的沖擊力；通過(guò)輪胎同路面的附著作用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力；汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，在保證汽車(chē)正常轉(zhuǎn)向行駛的同時(shí)，通過(guò)車(chē)輪產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車(chē)保持直線行駛方向；承擔(dān)越障提高通過(guò)性的作用等。限流器采用的是一個(gè)圓錐形的漏斗狀裝置，固定在限流器出口位置的蓋板上，限流器可以隨蓋板一起方便地拆除，以便在某些必要的測(cè)試當(dāng)中增加引擎功率。如果重心較高，將會(huì)導(dǎo)致車(chē)過(guò)彎的時(shí)候不穩(wěn)，重量轉(zhuǎn)移過(guò)大。Endurance賽道的直道不超過(guò)70m。常用的有前置前驅(qū)、后置后驅(qū)、前置后驅(qū)和中置后驅(qū)。、汽車(chē)形式的選擇不同形式的汽車(chē)，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式以及布置形式上有區(qū)別，這