【正文】 以前只是應(yīng)付考試，現(xiàn)在要自己設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品出來，才覺得到自己學(xué)的只是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 表 模態(tài)分析數(shù)據(jù)表 一階 二階 三階 四階 五階 六階 震動(dòng)頻率 本次設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)采用 cf188，根據(jù)提供數(shù)據(jù)得出發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下轉(zhuǎn)速為1300? 100r/min，最高轉(zhuǎn)速為 7500r/min，而發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)是點(diǎn) 火一次頻率為 1Hz，本發(fā)動(dòng)機(jī)為 單 缸，曲軸 每 轉(zhuǎn) 2圈發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火 1次。 FSAE車架結(jié)構(gòu)靜力分析 通過 ansys 軟件的強(qiáng)大功能對(duì)車架進(jìn)行靜力分析，通過分析結(jié)果 來比較得到優(yōu)化車架完成本次設(shè)計(jì)中重要的一節(jié)。因此，可以把彈性連續(xù)體看作由無限多個(gè)微元體所組成。有限元法的第一個(gè)黃金時(shí)期開始于6 年代初，當(dāng)時(shí)，將一個(gè)連續(xù)體離散化為有限個(gè)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。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER20xxi2。 （ 4） 該車架同時(shí)也省略了前環(huán)與側(cè)防撞桿的連接，使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低但降低了 車架的質(zhì)量。 （ 3）后置后驅(qū)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(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。 空間衍架結(jié)構(gòu)（ spaceframe） 一種十分傳統(tǒng)也是在業(yè)余比賽中最為常見的車架。既縱梁中部相當(dāng)長的范圍內(nèi)具有最大高度和寬度，而兩端可根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)的縮小。 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(dòng)力 傳動(dòng)總成，而后端則用于安裝后橋。/m 。 湖南大學(xué)汽車學(xué)院也在國外獲得過一定的成績。制造公司日產(chǎn)能力要達(dá)到 4 輛，并且原型車的造價(jià)要低于 25,000 美元。 （ 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(dá)國家，所以此次車架的研究設(shè)計(jì)對(duì)中國大學(xué)方程式賽車的設(shè)計(jì)有著突破性的意 義。然后將自己設(shè)計(jì)出的三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的車架運(yùn)用 Proe進(jìn)行建模，然后將三個(gè)車架導(dǎo)入 ansys軟件進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)分析與車架側(cè)翻 時(shí)候的靜力分析， 通過比較得到優(yōu)化結(jié)果，將優(yōu)化的車架進(jìn)行模態(tài)分析。由于車架看是簡單實(shí)際上是比較復(fù)雜的，通過ansys軟件的分析不但能滿足設(shè)計(jì)的要求，而且縮短了設(shè)計(jì)的周期。 研究的背景 Formula SAE 賽事由美國汽車工程師協(xié)會(huì)（ the Society of AutomotiveEngineers 簡稱 SAE）主辦。對(duì)于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來說，挑戰(zhàn)在于要在一定的時(shí)間 和一定的資金限制下，設(shè)計(jì)和制造出最能滿足這些目的的原型車。 這也是到目前位置中國高校在該項(xiàng)賽事中獲 得的最好成績。在保證強(qiáng)度、剛度的前提下車架的自身質(zhì)量應(yīng)該盡可能減小，以減小車身質(zhì)量。傳動(dòng)軸經(jīng)中部管梁通向后方。車架寬度多為全長等寬。它十分受歡迎的原因是設(shè)計(jì)制造都很簡單便宜。 （ 4）在特殊賽段 有上坡 比賽時(shí)候后置后驅(qū)驅(qū)動(dòng)輪上的 附著力增加爬坡能力提高的優(yōu)點(diǎn)。 材料的選擇 FSAE比賽中所使用的整體式車身基本采用碳纖維 (carbon fiber)制造在幾何設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要 選擇合適的車架材料。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用 三維模型的建立 通過運(yùn)用 Proe 軟件建模的強(qiáng)大功能，掃描，拉伸的功能將三個(gè)車架的模型分別建立出來。 1963 年 J． F． Besse— ling 等人認(rèn)識(shí)到有限元法是里 28 茲法的另一種形式，并且證實(shí)了它是處理彈性連續(xù)介質(zhì)問題的一種通用方法，此后有限元法才開始鞏固其地位。這是一個(gè)具有無限多自由度的問題。 Ansys 參數(shù)定義 在 ansys 軟件中要進(jìn)行有限元 分析，需要對(duì)很多參數(shù)定義，比如結(jié)構(gòu)、材料屬性的輸入 如（圖 — 圖 ） 圖 Ansys 分析過程截圖 33 圖 材料屬性輸入截圖 網(wǎng)格劃分與施加載荷約束 通過網(wǎng)格劃分與施加載荷與約束才能在 ansys 軟件中進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)靜力分析和模態(tài)分析。所以計(jì)算結(jié)果如下； 1200r/min=20r/s 怠速頻率 = 10220? Hz 7500r/min=125r/s 最高轉(zhuǎn)速頻率 = ? Hz 發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)頻率為 10Hz— ，而車架的 6 階震動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，所以無論發(fā)動(dòng)機(jī)處于什么工作狀態(tài)下，車架的震動(dòng)頻率永遠(yuǎn)不可能和發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)頻率重合，所以車架是符合設(shè)計(jì)要求的。 在這 幾個(gè) 月的 設(shè)計(jì) 過程中，老師嚴(yán)肅、認(rèn)真、一絲不茍的科研精神深深的感染了我，使我懂得了作為一個(gè)教學(xué)工作者應(yīng)具備的優(yōu)秀品質(zhì)。在這四個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，得到了 齊曉杰教授 的熱心指導(dǎo)，在此特向指導(dǎo)老師致以由衷的感謝 !在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間還得到了汽車 與交通 工程 學(xué)院 老師和本班同學(xué)的熱心幫助，在此對(duì)他們表示感謝 ! 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我將三年半來學(xué)到知識(shí)的一次大總結(jié)，一次大檢查，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖 、 Pro/E 建模、汽車設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)知識(shí)，我還學(xué)習(xí)了 Ansys 軟件，雖然只是皮毛，但也有很大收獲。 車架的 6 階的震動(dòng)頻率為 （表 ）中的結(jié)果單位為 Hz。 （圖 — 圖 ） 圖 接口創(chuàng)建過程截圖 31 圖 接口創(chuàng)建過程截圖 圖 接口創(chuàng)建過程截圖 與 接口的成功建立以后打開 proe 時(shí)， proe 窗口會(huì)出現(xiàn)ansys 的鏈接如下（圖 ） 32 圖 連接接口截圖 這樣 與 的接口就算徹底成功的建立了，以后只要運(yùn)行 proe然后點(diǎn)擊 ANSYSGeom 就可以將模型直接傳入 ansys 進(jìn)行有限元分析了。在工程技術(shù)領(lǐng)域研究彈性連續(xù)體在載荷和其他因素作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移時(shí)，由于應(yīng) 力、應(yīng)變和位移都是位置的函數(shù)，也就是說物體中各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移一般是不相同的。 50 年代，有限元法首先用于飛機(jī)設(shè)計(jì)中， 1956 年 M． J． Turner 和 R． W． Clough 等人用矩陣法對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力和變形分析，應(yīng)用當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)，第一次給出了用三角形單元求得復(fù)雜平面應(yīng)力問 題的解 1960 年 R． W． Clough 首次提出“有限元”這個(gè)名詞，有限元法作為 — 種數(shù)值分析方法正式出現(xiàn)于工程技術(shù)領(lǐng)域。 20 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “ 嚙合 ” 、“ 插入 ” 、 “ 對(duì)齊 ” 等很容易的把零件裝配起來， 同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 （ 3）車架發(fā)動(dòng)機(jī)也是通過 2根縱梁連接，去掉發(fā)動(dòng)機(jī)艙 2跟橫向拉桿，是發(fā)動(dòng)機(jī) 艙空間更大。 （ 2）選擇后置后驅(qū)時(shí)，驅(qū)動(dòng)可以選擇 CVT驅(qū)動(dòng)，使其結(jié)構(gòu)簡單化，自然整車的制造成本降低，比賽在制造成本也會(huì)得到好的比賽分?jǐn)?shù)。雖然性能優(yōu)異但是造價(jià)高昂，在國內(nèi)也非常難找到能制造高溫真空碳纖件的工廠，故暫時(shí)未被國內(nèi)車隊(duì)采用。通常，縱梁的上表面沿全長不變或局部降低，而兩端的下表面則可根據(jù)應(yīng)力情況，適當(dāng)?shù)叵蛏鲜湛s。車架的中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯視圖上的 X 形狀。通常在使用中其軸間扭角約為 1176。上海交通大學(xué) Formula SAE 車隊(duì)在 20xx 年研制出的 SJTU FormulaSAE 樣車是中國大陸第一輛 Formula SAE 賽車，之后又在 20xx 年完成了第二輛 SJTUFormulaSAE 參賽賽車的設(shè)計(jì)和制造，并于同年 6 月參加了位于美國加州Fontana舉行的 Formula SAE West 競賽，最終獲最佳新秀車隊(duì)獎(jiǎng)。另外，這些賽車的市場競爭力會(huì)因?yàn)橐恍└郊右蛩?，比如美觀、舒適性和零件的兼容性而得到提升。 （ 7）為汽車事業(yè)培養(yǎng)出有用的人才。本次設(shè)計(jì)正因此而展開，本次設(shè)計(jì)主要是從車架的結(jié)構(gòu)入手，為了讓車架達(dá)到比賽所用賽車的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，本設(shè)計(jì)對(duì)整車做了總體布置，確定重心的位置。通過本次優(yōu)化設(shè)計(jì)使中國 FSAE賽車車架的設(shè)計(jì)能更加完美，同時(shí)通過比賽可以通過很多數(shù)據(jù)為民族汽車工業(yè)能提供很多重要的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步使民族汽車的更安全和實(shí)用。 SAE 是一個(gè)擁有超過 60000 名會(huì)員的世界性的工程協(xié)會(huì)，致力與海、陸、空各類交通工具的發(fā)展進(jìn)步。每一項(xiàng)設(shè)計(jì)將會(huì)與其他的設(shè)計(jì)一起參與比較和評(píng)估從而決出最佳整車。 20xx年中國也舉辦了第一屆 FSAE賽車比賽，各個(gè)高校雖然在國內(nèi)都取得一定的成績，但是賽車的性能相對(duì)國外的比較還差得很遠(yuǎn)。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。車架寬度的標(biāo)準(zhǔn)化有利于產(chǎn)品的三化，例如可使車架橫梁、前后橋及駕駛室、貨箱等進(jìn)行互換。制造它所需要的工具僅僅是鋸子、量具和焊槍。 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車架 作為自制部件中最重的部分 ， 首先需要考慮的是車內(nèi)物體的安放空間。目前多采用低碳鋼及合金鋼，鋁合金和復(fù)合材料也有車隊(duì)采用。 Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 車架方案一的模型建立 . 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位 （如圖 — 圖） 圖 新建零件圖 21 圖 選擇牛毫米 秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型（如圖 ） 圖 車架一線形的建立圖 22 然后運(yùn)用拉伸掃描的功能完成車架方案一的模型建立（如圖 ） 圖 車架一的模型圖 車架方案二的模型建立 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫 米秒的單位 （如圖 — 圖） 圖 新建零件圖 23 圖 選擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型 （如圖 ） 圖 車架二線形的建立圖 24 然后運(yùn)用拉伸掃描的功能完成車架方案二的