【正文】 曲成螺旋形一樣。汽車的基體，一般由兩根縱梁和幾根橫梁組成，經(jīng)由懸掛裝置﹑前橋﹑后橋支承在車輪上。 其中轉(zhuǎn)向器我們選擇機(jī)械式中的齒輪齒條式，因?yàn)樗且环N最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向器。（在方向盤(pán)上測(cè)量）。 （ 3）盤(pán)式與鼓式相比有如下優(yōu)點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好；水穩(wěn)定性好；制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；易于構(gòu)成雙回路制動(dòng)系，使汽車有較高的可靠性和安全性；尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好；更換襯塊簡(jiǎn)單容易。 （ 5）禁止使用線控制動(dòng)。將彈簧與阻尼元件隱藏在車身中，利用推拉桿和搖臂盤(pán)的組合，達(dá)到外置式懸架同樣的效果。 （ 2）獨(dú)立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地安裝在車架 (或車身 )下面，當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車輪不受波及，汽車的平穩(wěn)性和舒適性好。 、懸架系統(tǒng)的選擇 、比賽要求 （ 1）賽車所有車輪必須安裝有功能完善的、帶有減震器的懸架。汽車排氣系統(tǒng)主要用于輕型車、微型車和客車，摩托車等機(jī)動(dòng)車輛。如圖 22 所示。大排量高性能 4 缸機(jī)是多數(shù)車隊(duì)的選擇，較為典型的是 Honda CBR600 F4i。我們根據(jù)網(wǎng)上搜索的資料以及查看各個(gè)學(xué)校的技術(shù)報(bào)表，然后根據(jù)大賽規(guī)則大概確定主要參數(shù)： 表 汽車尺寸參數(shù) the Size parameters of the car 車型參數(shù) 賽車 總長(zhǎng)（ mm） 2610 總寬（ mm） 1420 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 總高 (滿載 )（ mm） 1200 軸距（ mm） 1920 前輪距（ mm） 1150 后輪距（ mm） 1240 前懸（ mm） 530 后懸（ mm） 160 最小離地間隙（ mm） 60 、汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車質(zhì)量參數(shù)包括整車質(zhì)量 m0，載客量、滿載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)η m0,和軸荷分配等。 這里我們選擇：兩軸。 、總體設(shè)計(jì)的目的 總體設(shè)計(jì)目的是制造一輛安全可靠、各方面性能均衡、有良好駕駛特性、調(diào)整方便并且足夠快的賽車。中國(guó) FSC秉持“中國(guó)創(chuàng)造擎動(dòng)未來(lái)”的遠(yuǎn)大理想，立足于中國(guó)汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國(guó)家 FSC 賽事的成功經(jīng)驗(yàn)，打造一個(gè)新型的培養(yǎng)中國(guó)未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師的交流盛會(huì)，并成為與國(guó)際青年汽車工程師交流的平臺(tái)。比賽由三個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)組成，即一天的靜態(tài)比賽 —— 設(shè)計(jì)、成本、陳述 —— 接著一天是各自的性 能競(jìng)賽項(xiàng)目。所以 FSAE比賽的過(guò)程同一般的賽車比賽有著很大的不同。多年來(lái) FSAE 賽 車比賽不斷地為汽車及其他各個(gè)行業(yè)輸出了大量的高水平人才。原型車將被該生產(chǎn)商用來(lái)評(píng)估一個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 目的市場(chǎng)潛力。因此，該車必須在加速，制動(dòng)和操控性能方面表現(xiàn)出色。自 1981年創(chuàng)辦以來(lái)， FSAE 已發(fā)展成為每年由 7個(gè)國(guó)家舉辦的 9場(chǎng)賽事所組成，并有數(shù)百支來(lái)自全球頂級(jí)高校的車隊(duì)參與的青年工程師盛會(huì)。13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 大學(xué)生 F1 方程式賽車整車設(shè)計(jì) 摘要 本文基于汽車?yán)碚撜n程實(shí)踐所做的 BAJA 賽車模型，并結(jié)合 FSAE 賽車比賽規(guī)則和賽道的布置特點(diǎn)，進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)一款大學(xué)生 F1 方程式賽車。 SAE 方程式（ Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生 團(tuán)隊(duì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。該車必須成本 低廉、易于維修、可靠性好。產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)是周末業(yè)余賽車比賽。賽事對(duì)賽車各系統(tǒng)的材料，結(jié)構(gòu)等都做出了詳細(xì)的規(guī)定。 FSAE賽車比賽主要分為靜態(tài)項(xiàng)目比賽和動(dòng)態(tài)項(xiàng)目比賽兩部分。 Mini Baja 比賽重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了地盤(pán)的設(shè)計(jì)，因?yàn)槊總€(gè)隊(duì)伍都使用一個(gè) 8 匹馬力的引擎，這一點(diǎn)無(wú)法改變。中國(guó) FSC 致力于為國(guó)內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺(tái)，通過(guò)全方位考核，提高學(xué)生們的設(shè)計(jì)、制造、成本控制、商業(yè)營(yíng)銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 合素質(zhì)，為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行長(zhǎng)期的人才積蓄，促進(jìn)中國(guó)汽車工業(yè)從“制造大國(guó)”向“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略方向邁進(jìn)。可靠性可以確保測(cè)試階段的順利進(jìn)行，同時(shí)可以保 證完成在競(jìng)賽中的所有比賽項(xiàng)目。 、驅(qū)動(dòng)形式 汽車驅(qū)動(dòng)形式有 4x 4x4 等等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位表示驅(qū)動(dòng)輪數(shù)。 表 汽車質(zhì)量參數(shù) The quality parameters of the automotive 車型參數(shù) 賽車 整車整備質(zhì)量 m0(kg) 300 載客量 1 滿載質(zhì)量 ma（ kg） 360 質(zhì)量系數(shù)η m0 前軸負(fù)荷（滿載）（ kg） 170 后軸負(fù)荷（滿載）（ kg） 192 、汽車動(dòng)力性參數(shù)的確定 汽車動(dòng)力性參數(shù)包括最高車速 vmax、加速時(shí)間 t、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。而選擇小重量單缸機(jī)的高水平車隊(duì)也有不少。這樣的改進(jìn)不但極大的降低了使用成本，避免使用 Kawasaki 售價(jià)高昂的原裝空氣濾清器，而且在采購(gòu)上也有著極大的便利。 我們這里采用摩托車的排氣系統(tǒng)如圖 24： 圖 24 Kawasaki ZRX400 排氣系統(tǒng)（線框內(nèi)） Fig 24 the exhaust system of Kawasaki ZRX400(in wireframe) 、傳動(dòng)系統(tǒng) 、變速箱性能參數(shù)的確定 采用發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的變速箱： 6 速常嚙合循環(huán)擋位。在有車手乘坐的情況下，輪胎的跳動(dòng)行程至少為 （ 2 英寸），其中向上 （ 1 英寸），向下 （ 1 英寸）。但這種懸架構(gòu)造較復(fù)雜，承載力小。真實(shí)比賽中，由于天氣、溫度、賽道形式等因素，需要通過(guò)不同的懸架參數(shù)設(shè)定來(lái)確保賽車的表 現(xiàn)，通過(guò)獨(dú)特的機(jī)構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達(dá)到比賽需要。 （ 6）禁止使用沒(méi)有保護(hù)的塑料制動(dòng)管路。易于實(shí)現(xiàn)間隙自13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 動(dòng)調(diào)整等。 （ 4）方向盤(pán)必須安裝在快拆器上，必須保證車手在正常駕駛坐姿并配戴手套時(shí)可以操作快拆器。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來(lái)的沖擊。 （ 3）橫向彎曲 所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會(huì)和路面形成反作用力，兩股相對(duì)的壓力將車架橫向扭曲。它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè)， 5070 年代英國(guó)有很多小規(guī)模的車廠生產(chǎn)各式各樣的汽車，都是用自行開(kāi)發(fā)制造的鋼管車架，是鋼管車架的全盛時(shí)期。所以 monocoque就算是承載式車身的一種。 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 第三章 賽車整車的總體設(shè)計(jì) 、車架的設(shè)計(jì) 、車架的設(shè)計(jì)流程： (1)根據(jù)總布置要求確定外廓尺寸； (2)根據(jù)布置要求確定人機(jī)； (3)根據(jù)懸架硬點(diǎn)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置等要求確定車架結(jié)構(gòu)； (4)車架結(jié)構(gòu)性分析，優(yōu)化； (5)定稿。因此， 《中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽規(guī)則》 (201 0 版 )對(duì)于車架的前環(huán)做了詳細(xì)而具體的要求，確保賽車的前環(huán)能起到所需的功能且有足夠的強(qiáng)度、剛度，以保證在極端狀況下前環(huán)不發(fā)生變形、破壞。 參照下圖： 圖 31 前環(huán)示意圖 Fig 31 the schematic diagram of Front Roll Hoop (7)側(cè)視圖時(shí)，前環(huán)的任何一個(gè)部分與垂直方向所成的角度不得超過(guò) 20 度。方程式賽車車架重量占整車重量的很大部分 (約 20％ )，所以車架輕量化對(duì)于整車輕量化有重要意義。 Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的 345，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在 345 左右。但相比之下，氬弧焊沒(méi)什么焊渣。如下圖所示： 圖 316 座椅的三維模型 Fig 316 the 3 d model figure of seat 、賽車的總裝 通過(guò) UG 軟件將建立好的車架模型、車身模型、懸架模型、車輪模型、制動(dòng)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型以及驅(qū)動(dòng) 橋模型進(jìn)行總裝，總裝后的賽車三維模型如下圖所示： 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 39 圖 317 賽車不帶車身三維模型總裝 Fig 317 the 3 d model figure of The vehicle assembly not include body 圖 318 賽車帶車身總裝模型 Fig 318 the 3 d model figure of The vehicle assembly 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 40 第四章 整車設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問(wèn)題 、車架強(qiáng)度校核 、有限元軟件介紹 有限元法是一種有效的數(shù)值分析方法。 有限元分析是將實(shí)體離散化求解的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在有限元軟件當(dāng)中將以上的分析過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行了模塊化處理，直接進(jìn)行以上分析過(guò)程即可， 有限元的建立的基本流程如下圖 41 所示： 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 42 結(jié)束滿意開(kāi)始幾何建模定義各個(gè)部件材料劃分網(wǎng)格給定約束條件給定載荷求解前置處理顯示計(jì)算結(jié)果計(jì)算后置處理直接建?；?CAD 軟件導(dǎo)入 圖 41 有限元分析流程 Fig41 Flow chart of finite element analysis 有限元分析 方法 是 相對(duì)于 結(jié)構(gòu)力學(xué)分 在近代迅 速發(fā)展起來(lái)的一種 采用計(jì)算機(jī)的 方法。想要建立一個(gè)分析，只需要先明確建立的分析是結(jié)構(gòu)分析、熱分析流體分析或者動(dòng)力學(xué)分析，然后將所要分析的模塊從13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 43 Toolbox 拖動(dòng)到工作區(qū) Project schematic 建立一個(gè)模塊，將要分析的過(guò)程按照所要求的過(guò)程進(jìn)行添加即可，省去在 ANSYS 界面中繁瑣的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，采用交互式的圖 形界面 GUI，便于操作 [65]。后處 理具有通用性，整體可以云圖顯示結(jié)果。 CAD 模型是幾何模型，要對(duì)它進(jìn)行動(dòng)、靜力學(xué)模擬仿真計(jì)算，必須將其先轉(zhuǎn)換為 CAE 模型。在建立有限元分析模型之前，為了便于計(jì)算，根據(jù)模型簡(jiǎn)化的原則，在 CAD 造型時(shí)力求精確、真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)特性；忽略 真實(shí)模型當(dāng)中 的小特征，包括倒 圓角 、倒直角 、 棱角 等 ； 對(duì) UG 模型中的小錐度、小曲率 部分處理減少該結(jié)構(gòu)；忽略 對(duì) 整車 動(dòng)、靜態(tài)特性影響小的零、部件結(jié)構(gòu)。在 Geometry中設(shè)置各個(gè)零件的材料參數(shù)，該 車架 的 材料為 30CrMo(4130)，因此，給 車架 的材料設(shè)置成 30CrMo。Conquer） ”的策略，并且在幾何體上不同部分能運(yùn)用不同的網(wǎng)格劃分方法。主要應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單一些，是規(guī)則形狀的組合體，可以采用此方法。由此方面的分析可以得到機(jī)床的剛度，機(jī)床的強(qiáng)度，以及機(jī)床的變形。 （ 2）結(jié)構(gòu)載荷，是指作用在幾何體上的力、壓力或者力矩。如絲杠兩頭部分。劃分復(fù)雜形狀，劃分機(jī)床的平臺(tái)，立柱，連桿等不規(guī)則形狀，劃分的結(jié)果多采用四面體劃分。在材料屬性中依次輸入密度、彈性模量和泊松比 。因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)對(duì)于我們分析的問(wèn)題來(lái)說(shuō)沒(méi)有分布在應(yīng)力集中的部位而且還可能給網(wǎng)格劃分帶來(lái)困難，使小特征和小結(jié)構(gòu)件在進(jìn)行有限元?jiǎng)澐謺r(shí)，產(chǎn)生單元數(shù)過(guò)多，加大計(jì)算時(shí)間，影響網(wǎng)格質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的分析精度。一般有兩種 方13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 44 法：一種是將 CAD 建立的三維圖形保存成 iges 的通用格式，或者 ANSYS可以識(shí)別的格式。而且本軟件可以自動(dòng)生成報(bào)告，自動(dòng)按照設(shè)置生成相關(guān)的報(bào)告， 包括 生成，模型體積、密度、材料特性、接觸關(guān)系、求解設(shè)置、應(yīng)力或應(yīng)變等求解結(jié)果的最大值和最小值等一系列數(shù)據(jù)的顯示。 ANSYS Workbench 的模型導(dǎo)入功能可以將目前大多數(shù)的三維軟件導(dǎo)入模型，可以較好的和其他三維軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。有限元軟件首先是在 50 年代 應(yīng)用于 飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中 ， 隨后 該項(xiàng)技術(shù)被 廣泛的應(yīng)用于電磁場(chǎng)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)等連續(xù)性問(wèn)題 上，并且其功能不斷強(qiáng)大和完善 。有限元分析的基本步驟如下： （ 1）建立求解域并將其離散化為有限單元。因此各種復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品幾乎都可以使用有限元法對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械性能進(jìn)行分析和評(píng)判。我也不明白，買一個(gè)氬弧焊機(jī)才 2020 元左右，氬氣罐才 100 左右，因?yàn)椴换ǘ嘁稽c(diǎn)錢(qián)去追求更好質(zhì)量呢？綜上所述我們選擇氬弧焊。綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和 焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機(jī)、礦山機(jī)械、電站、橋梁等承受動(dòng)荷的結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于 40℃以上寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－普板是一種鋼材的材質(zhì)。的范圍以內(nèi)； （ 5）正視圖時(shí)，主環(huán)的垂直管件與車架主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)連接處的內(nèi)側(cè)距離至少為 380mm(15inch)。 （ 2）禁止前環(huán)使用復(fù)合材料。即鋁制或鈦制的管件以及復(fù)合材料在主環(huán)和主環(huán)斜撐上禁止使用。 FSAE 界的單體殼也絕大多數(shù)是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂（ Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP)） —— 簡(jiǎn)稱碳纖維的單體殼，金屬單體殼僅有英國(guó)的 O