【正文】 ，盡量減輕自身的重量，它是指同一臺(tái)車在同樣的尺寸或同一種車型在同樣功率的前提下重量的減輕。這個(gè)距離是沿賽車的中線，水平的從前環(huán)的后部到方向盤放置狀態(tài)下的最前端量起。、前環(huán)以及前斜撐設(shè)計(jì)前環(huán)是位于車手雙手之上，接近方向盤的防滾架，一般來說前環(huán)不僅是方向盤的支撐載體，同時(shí)在緊急狀況下，如撞擊、側(cè)翻、翻滾，如果車手未能及時(shí)逃出賽車，前環(huán)對(duì)保護(hù)車手的雙手起著重要作用。由于我們學(xué)校正處于研究初期，所以我們選用的鋼管式車架，然后通過ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析。Coque是來源于法語(yǔ)，殼的意思。顧名思義，鋼管式車架就是用很多鋼管焊接成一個(gè)框架，再將零部件裝在這個(gè)框架上。（2）非水平扭動(dòng)當(dāng)前后對(duì)角車輪遇到道路上的不平而滾動(dòng)，車架的梁柱便要承受這個(gè)縱向扭曲壓力(longltudinaltorsion），情況就好像要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。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最常見的轉(zhuǎn)向器。（在方向盤上測(cè)量）。（3）盤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)： 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)ηm0,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”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比賽的過程同一般的賽車比賽有著很大的不同。多年來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)商用來評(píng)估一個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)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，F(xiàn)SAE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)百支來自全球頂級(jí)高校的車隊(duì)參與的青年工程師盛會(huì)。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)?？煽啃钥梢源_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4x4x4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)。 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)ηm0前軸負(fù)荷（滿載）（kg）170后軸負(fù)荷（滿載）（kg）19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，（2英寸），（1英寸），（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，需要通過不同的懸架參數(shù)設(shè)定來確保賽車的表現(xiàn)，通過獨(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）禁止使用沒有保護(hù)的塑料制動(dòng)管路。易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整等。（4）方向盤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。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：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第四章 整車設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題、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實(shí)現(xiàn)的。在有限元軟件當(dāng)中將以上的分析過程已經(jīng)進(jìn)行了模塊化處理，直接進(jìn)行以上分析過程即可，有限元的建立的基本流程如下圖41所示：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Toolbox拖動(dòng)到工作區(qū)Project schematic建立一個(gè)模塊，將要分析的過程按照所要求的過程進(jìn)行添加即可，省去在ANSYS界面中繁瑣的樹形結(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。,。為簡(jiǎn)化計(jì)算，取懸架上、下擺臂的中點(diǎn)作為約束點(diǎn)，這樣只需對(duì)8 個(gè)點(diǎn)施加邊界條件約束。、制動(dòng)工況的分析賽車在緊急制動(dòng)時(shí)，車架除受各部件重力外，還受縱向慣性力作用，同時(shí)軸荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，車架內(nèi)部應(yīng)力也發(fā)生變化． 本文模擬賽車以1．4g的減速度制動(dòng)，動(dòng)載因數(shù)取1．5，車架及其負(fù)重共222kg，因此整車制動(dòng)力為 F=ma=222= （）地面制動(dòng)力通過輪胎、懸架系統(tǒng)最終作用在車架上，視為平均作用在懸架和車架的8 個(gè)連接點(diǎn)處，即模擬整車的制動(dòng)工況。而車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。假設(shè)懸架硬點(diǎn)間的距離為L(zhǎng)，則作用于車架的扭矩：M = FL (45)1 mm 的強(qiáng)制位移對(duì)應(yīng)的車架轉(zhuǎn)角： 則車架扭轉(zhuǎn)剛度： 由上述分析可知，l= ，L = 327 mm， N彎曲剛度會(huì)影響整車軸距以及車輪定位參數(shù)，進(jìn)而影響整車的操縱穩(wěn)定性。m2車架的彎曲剛度對(duì)整車性能的影響比扭轉(zhuǎn)剛度要小，因此關(guān)于FSAE 車架彎曲剛度的數(shù)據(jù)資料較少,這里我們只能計(jì)算然后比較確定哪一個(gè)更合適。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、驅(qū)動(dòng)力、行駛加速度、最大車速、075m加速時(shí)間及加速位移等參數(shù)的計(jì)算，可以了解FSAE賽車整車的動(dòng)力性能，為以后的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供理論基礎(chǔ)。傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配需要參考該數(shù)據(jù)。、動(dòng)力系統(tǒng)計(jì)算匹配及評(píng)價(jià)、概述汽車的動(dòng)力性能，就是受發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力支配的行駛性能。 根據(jù)材料力學(xué)中簡(jiǎn)支梁撓度的計(jì)算方法，可近似計(jì)算車架的彎曲剛度． 計(jì)算公式為：式中:rf為車架的彎曲剛度。) ． 提高車架剛度最直接的方法為加固更多的管件，但這增加車架質(zhì)量，因此單位質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)剛度顯得尤為重要． 該車架的質(zhì)量為30kg， N綜上所述分析可知，無論何種工況，發(fā)動(dòng)機(jī)艙底部和主環(huán)均為應(yīng)力較大點(diǎn)。而車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。懸架形式和簡(jiǎn)化連接點(diǎn)見圖46，連接點(diǎn)自由度約束見表43。典型工況是高速道路、強(qiáng)扭轉(zhuǎn)道路和一般道路及彎曲道路上的彎曲、扭轉(zhuǎn)、緊急制動(dòng)和急轉(zhuǎn)彎等4 種工況。（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)于我們分析的問題來說沒有分布在應(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2000元左右，氬氣罐才100左右，因?yàn)椴换ǘ嘁稽c(diǎn)錢去追求更好質(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