【文章內(nèi)容簡介】 1 擋－空擋－ 2 擋－ 3 擋－ 4 擋－ 5 擋－ 6 擋。 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 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (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 。，在差速器外殼均需要加裝合適的鏈輪。 主減速比： 鏈傳動傳動比 =； 、輪胎和輪輞的選擇 車輪與輪胎是汽車行駛系統(tǒng)中的重要部件，其功用是：支撐整車；緩和由路面?zhèn)鱽淼臎_擊力；通過輪胎同路面的附著作用來產(chǎn)生驅(qū)動力和制動力；汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生平衡離心力的側抗力，在保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛的同時，通過車輪產(chǎn)生的自動回正力矩，使汽車保持直線行駛方向；承擔越障提高通過性的作用等。 通過對 2020 年各個學校參加比賽的賽車了解總結之后發(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。其參數(shù)如下： 萬豐 13 英寸鋁合金輪輞；馬牌 223/533R14。 、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。在有車手乘坐的情況下，輪胎的跳動行程至少為 （ 2 英寸），其中向上 （ 1 英寸），向下 （ 1 英寸）。如果賽車沒能表現(xiàn)出適合比賽的操大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 14 控能力，或是沒有經(jīng)過認真的設計，裁判有權取消賽車的參賽資格。 （ 2）在技術檢查中，懸架的所有的安裝點必須可以被呈示 給技術檢查官，無論是可以直接看到或是通過移除覆蓋件來實現(xiàn)。 、懸架的作用 懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。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。 、懸架的分類 汽車懸架的形式分為非獨立懸架和獨立懸架兩種： （ 1）非獨立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，影響另一側車輪也作相應的跳動，使整個車身振動或傾斜，汽車的平穩(wěn)性和舒適性較差，但由于構造較簡單，承載力大，目前仍有部分轎車的后懸架采用這種型式。 （ 2）獨立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用螺旋彈簧獨立地安裝在車架 (或車身 )下面，當一邊車輪發(fā)生跳動時，另一邊車輪不受波及，汽車的平穩(wěn)性和舒適性好。但這種懸架構造較 復雜，承載力小?，F(xiàn)代轎車前后懸架大都采用了獨立懸架，并已成為一種發(fā)展趨勢。 、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構，故采用獨立懸架。 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 15 獨立懸架有多種形式，基于方程式賽車特點，選用雙橫臂不等長獨立懸架。采用此種懸架，主要優(yōu)點是不等長式上下各有一個不等長搖臂，共同吸收橫向力，因此橫向剛度大，并且通過合理的布置，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，這就克服了等長式雙橫臂懸架輪胎磨損嚴重的弊端。路面的適應力好，輪胎接地面大、貼地性好。 如圖 25 所示： 圖 25 雙橫臂不等長獨立懸架 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)置于車身外殼中的形式，這樣可以降低高速行駛中的風阻，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身振動，并且減小了懸架運動部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。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，達到外置式懸架同樣的效果。真實比賽中，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)設定來確保賽車的表現(xiàn)，通過獨特的機構，可以方便地改變懸架參數(shù)，達到比賽需要。 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 16 、制動系統(tǒng)的選擇 、制動系統(tǒng)要求 ： （ 1）賽車必須安裝有制動系統(tǒng)。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控制。 （ 2）制動系統(tǒng)必須有兩套獨立的液壓制動回路，當某一條回路系統(tǒng)泄漏或失效時，另一條回路還可以至少保證有兩個車輪可以維持有效的制動力。每個液壓制動 回路必須有其專用的儲液罐（可以使用獨立的儲液罐，也可以使用廠家生產(chǎn)的內(nèi)部被分隔開的儲液罐） 。 （ 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。 （ 4）制動系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有四個車輪。 （ 5）禁止使用線控制動。 （ 6）禁止使用沒有保護的塑料制動管路。 （ 7）制動系統(tǒng)必須被碎片護罩保護，以防傳動系失效或小碰撞引起的碎片破壞制動系統(tǒng)。 、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。電磁式制動器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點，但因成 本高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動器。 （ 2）摩擦式制動器按摩擦副結構形式不同，可以分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式制動器只用作中央差速器；鼓式和盤式制動器的結構形式也分有多種。 （ 3）盤式與鼓式相比有如下優(yōu)點：熱穩(wěn)定性好；水穩(wěn)定性好；制動力矩與汽車運動方向無關；易于構成雙回路制動系，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；更換襯塊簡單容易。易于實現(xiàn)間隙自大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 17 動調(diào)整等。 、制動器的選擇 通過以上比較，以及 參考其他院校制動器的選擇，這里我們選擇雙輪浮動盤式制動 willwood DSP。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。禁止使用 線控轉(zhuǎn)向。 （ 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)向連桿結構反轉(zhuǎn)（四桿機構在一個節(jié)點處發(fā)生反轉(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。 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 18 （ 3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過 7176。（在方向盤上測量）。 （ 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可以操作快拆器。 （ 5）方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合的近圓形或近橢圓形。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。禁止使用 H 形、 8 型或分開式方向盤。 （ 6）在任何角度 ，方向盤上端必須低于前環(huán)的上端如圖 27： 圖 27 方向盤的位置 Fig 27 The location of the steering wheel 、轉(zhuǎn)向系的確定 （ 1）轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)向關系。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)向傳動機構使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 （ 2）轉(zhuǎn)向系的組成：轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構。 其中轉(zhuǎn)向器我們選擇機械式中的齒輪齒條式，因為它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結構是一對相互嚙合的小齒輪和齒條 。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點是結構簡單，成本低廉，大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 19 轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。在汽車上得到廣泛應用。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)向傳動機構采用轉(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 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 20 、車架形式的選擇 、車架的定義 也稱大梁。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。具有足夠的強度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。 、車架的設計 要評價車架設計和結構的好壞，首先應該清楚了解的是車輛在行駛時車架所要承受的各種不同的力。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)。而車架在實際環(huán)境下要面對 4種壓力。 （ 1）負載彎曲 從字面上就可以十分容易的理解這個壓力，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。而這個壓力，主要會集中在軸距的中心點。因此車架底部的縱梁和橫梁 (member），一般都要求較強的剛度。 （ 2）非水平扭動 當前后對角車輪遇到道路上的不平而滾動，車架的梁柱便要承受這個縱向扭曲壓力 (longltudinaltorsion），情況就好像要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。 （ 3）橫向彎曲 所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時重量的慣性（即離心力）會使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會和路面形成反作用力，兩股相對的壓力將車架橫向扭曲。 （ 4）水平菱形扭動 實車架的好壞并非物理指標就可以涵蓋，所以即使有超強的新車架出現(xiàn)，最傳統(tǒng)的車架形式依然存在，正因為此，以下的 內(nèi)容才有了發(fā)布的意義。 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (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。由于成本原因國內(nèi) FSAE 賽車大多使用的是鋼管式車架，但國外大多使用一體式碳纖維車架。下面我們主要介紹一下這兩種車架： 鋼管式車架介紹 （ 1）、定義 承載式車架的設計開發(fā)和生產(chǎn)工藝都復雜，只適宜大批量生產(chǎn)。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。于是鋼管式（又稱“框條式”）車架便應運而生。顧名思義，鋼管式車架就是用很多鋼管焊接成一個框架，再將零部件裝在這個框架上。它的生產(chǎn)工藝簡單，很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè)， 5070 年代英國有很多小規(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期。時至今日仍采用鋼管車架的都是一些產(chǎn)量較少的跑車廠，如 LAMBORGHINI和 TVR，原因是可以省去沖壓設備的巨大投資。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。如下圖所示： 大學生 F1 方程式賽車整車設計 13 車輛工程專業(yè)畢業(yè)設計 (論文 ) 22 圖 210 桁架結構車架 Fig 210 Truss structure frame （ 2）、優(yōu)缺點 優(yōu)點：加工制造方便，造價低廉，具有較好的容錯性，強度較高。 缺點：不利于空間布置和車身造型、需要覆蓋車身，因而不利于輕量化。 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。 Mono 來源于希臘，指單一的意思。 Coque 是來源于法語，殼 的意思。所以 monocoque就算是承載式車身的一種。但現(xiàn)代大多數(shù)乘用車的白車身，并不是完整意義上的單體殼，而是箱體、管件和艙壁的組合，并不強調(diào)表面的剛度和強度，主要通過凹凸形成的箱體和管件來承載。 FSAE 界的單體殼也絕大多數(shù)是碳纖維增強樹脂（ Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP)） —— 簡稱碳纖維的單體殼，金屬單體殼僅有英國的 Oxford Brookes University 近幾年的賽車，它使用的是鋁合金來制造單體殼。另外在超跑和賽車