【文章內(nèi)容簡介】 3。 61 附錄 63 附錄 A 63 附錄 B 68 1 第 1章 緒 論 節(jié)油車的 研究 背景 全套圖紙，加 153893706 節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今世界的重要課題。汽車工業(yè)也面臨了創(chuàng)新 、 優(yōu)化產(chǎn)品類型的新挑戰(zhàn) ，以適應(yīng)廣大民眾和社會的需求。其實，汽車的從無到有，由簡單到復(fù)雜，由追求的目標(biāo)的單一化發(fā)展到追求速度、舒適性等方面的多元化，一直在升級換代。百年間，在節(jié)約能源上 有很大進展。整車輕量化，降低輪胎的滾動阻力，降低空氣阻力 ，變速器多擋及無擋化，代用燃料的使用等思想就恰恰是人們對汽車在節(jié)能領(lǐng)域的總結(jié)和探索。 上個世紀八十年代的世界性課題之一就是“節(jié)能”，本田 技研鉆研節(jié)能 課題的成果之一，就是推出了油耗僅為 160km/L 的新經(jīng)濟性車型 spuercub,并為紀念這一車型的推出而舉辦了節(jié)能車競技大賽。第一屆大賽在鈴鹿賽道上舉行，比賽分為第一組合第二組兩類。第一組的參賽車輛為搭載了本田 50cc 沖程引擎的市售二輪車，參賽選手為16 歲以上的有駕駛執(zhí)照者，是使用一定量的燃料比賽行駛多長的 距離的競技。另外，第二組的參賽的車輛為搭載一臺 50cc4 沖程發(fā)動機的原創(chuàng)車型，參賽選手為 18 歲以上有駕駛執(zhí)照者，是在規(guī)定的路程中以平均 25km/h 以上的時速行駛后比較油耗的競技。 隨著大賽舉辦次數(shù)的增多，油耗競技的運動性和靠自己的智慧 、技術(shù)制作車輛并不斷改良的魅力使之越推越廣，憑參賽者自己的雙手擴大了影響，使大賽不斷成長至 2 今。 21 世紀節(jié)約能源、節(jié)省資源之外，環(huán)保工作也是刻不容緩。但是另一方面，能夠隨時去到自己想的地方去這種對車輛靈便性的要求也越來越高。要解決這一矛盾，除了投入科學(xué)技術(shù)之外，還需要使用者掌握經(jīng) 濟智慧的使用方法。 以“挑戰(zhàn)一升，環(huán)保一生 ”為口號的 Honda 節(jié)能競技大賽， 2020 年正式登陸中國，參賽車輛統(tǒng)一搭載了由 Honda 公司提供的單缸四沖程發(fā)動機，車身和底盤等靠自己設(shè)計。比賽時用一定量的油在跑道內(nèi)行駛，換算成一升油能在跑道上行駛多少千米，油耗少，則勝出。比賽旨在讓更多的人體會到“低油耗就是環(huán)保” 。 Honda 中國節(jié)能競技大賽是以搭載 Honda4 沖程的發(fā)動機為基礎(chǔ)裝置，分為兩個組別，分別是市售車級別和節(jié)能車級別。其中節(jié)能車級別又分為學(xué)生組別、 Honda 關(guān)聯(lián)企業(yè)組別和普通組別。 現(xiàn)在學(xué)生組別一般由高 校老師帶領(lǐng)，學(xué)生動手動腦的積極參與。去年去我校 —— 黑龍江工程學(xué)院在 2020 年的 Honda 中國節(jié)能競技大賽上取得了很好的成績。 HONDA節(jié)能競技大賽規(guī)則簡介 凡參賽的車輛必須符合大賽的規(guī)則，車手在規(guī)定的時間內(nèi)行駛玩規(guī)定的路程，然后測量油耗。凡違反大賽規(guī)則的隊伍將被取消參賽資格。具體比賽的進行流程在本說明書就不在贅述。下面就賽車規(guī)則予以簡單的介紹。 要求參賽車輛必須為 3 輪以上（包括 3 輪），要求其結(jié)構(gòu)無論是停止還是行駛時都為三輪以上（包括三輪）結(jié)構(gòu)且能夠站立。全高要求在 米以下，軸距要求在 米以上，全 長要求在 米以下，輪距要求在 米以上，全寬要求在 米以下 ，排氣管要求不能超出車身后面以及側(cè)面 10 厘米 以上，剎車配線等結(jié)構(gòu)需要從車內(nèi)穿過，以免與地面接觸造成摩擦。 在 安全性上，為提高安全性，車身結(jié)構(gòu)必須保證行駛時車手的頭盔前輪車軸的后方，另外，發(fā)生沖撞時車身結(jié)構(gòu)需避免頭部直接 受到撞擊。在駕駛姿勢的狀態(tài)下，車身結(jié)構(gòu)要確保車手的腳不會伸出車架的前方，車輛底板不能與地面接觸，保證車手的全身完全完全與地面脫離。車手的臀部與地面保持 60 厘米以上的距離且腳步有安放的位置除外。另外發(fā)生撞擊時車身結(jié)構(gòu)需避免身體直 接受到撞擊。 所有的參賽車輛必須將主辦方分發(fā)的號碼牌。參賽 號碼粘貼在車身兩側(cè)及車輛前端清楚可見的位置，共三處。號碼 牌周圍 25 厘米范圍內(nèi)不得粘貼于比賽無關(guān)的內(nèi)容，號碼牌丟失將無法評定成績。 發(fā)動機以 HONDA 提供的四沖程 125cc 發(fā)動機為基礎(chǔ)，可自由改造，但要保證汽缸蓋、曲軸箱、曲軸使用下發(fā)的發(fā)動機的零部件，且排氣量在 125cc 以下，為自然吸氣式。賽車至少要配備兩套的獨立的制動系統(tǒng)。并且每套系統(tǒng)都要有操作桿，需保證 3 車手能夠獨自完成安全有效的剎車。此外，制動鉗、制動墊等的固定安裝也要充分考慮其安全性。制動操作桿 必須固定在車身上。 所有車輛必須配備車手能以正常駕駛姿勢啟動發(fā)動機的位置。但禁止靠起動機裝置的動力前進。啟動裝置只有在斷開離合器時才能啟動。另外，在沒有制動的情況下 ，啟動發(fā)動機的的車子不允許前行。車輛搭載的蓄電池必須是普通市售的產(chǎn)品。前方所有的 車輛需保證車手以正常駕駛姿勢行駛時正前方的事業(yè)左右寬度至少 90 度，而且保證不使用反射鏡、棱鏡、潛望鏡等直接可視高為 80 厘米的物體。所有參賽車輛為確保后方視野，必須在左右各裝備一個帶框的后視鏡。單個后視鏡的鏡面面積必須在 40平方厘米以上。 參賽者在比賽時必須使用主辦方 供給的專用燃油和帶編號的燃油瓶，在比賽期間領(lǐng)取的燃油瓶若發(fā)生損壞，應(yīng)該予以賠償。 節(jié)油賽車的節(jié)能技術(shù)簡介 為能提高節(jié)油車的節(jié)能特性，可考慮一下幾個方面： 傳動系統(tǒng) 輸出功率固定為 2 速擋，可省略變速器，減輕發(fā)動機本身的質(zhì)量。不過，上述情況下若要車輛能夠行駛并發(fā)揮最高車速，則需通過安裝在車輪上的鏈輪齒輪比來決定。使用自行車用自由輪轂（棘輪齒輪），可以減少車輪旋轉(zhuǎn)阻力，并且可防止發(fā)動機停止時發(fā)動機制動造成的減速和燃油消耗。因為要反復(fù)切換發(fā)動機驅(qū)動、慣性行駛，就必須對鏈條防松裝置中的彈簧 等加以調(diào)整，防止在 使用驅(qū)動力時鏈條脫落。 點火系統(tǒng) 火花塞通過采用雙火花塞的形式，可以使稀薄燃燒時燃燒室內(nèi)的燃燒穩(wěn)定且充分，并且能縮短燃燒時間，減少爆震。采用雙火花塞時，要把握燃燒室的形狀，防止添加的火花塞互相干擾。另外，進行加工時，最好事先準(zhǔn)備好半舊的汽缸蓋等供加工聯(lián)系用。點火系的電氣部分可借用能使 2 根火花塞同時點火的摩托車用部件。去掉交流發(fā)電機、飛輪部分以提高機械效率，使用蓄電池向火花塞提供電力，火花塞使用高壓白金 V 火花塞。 汽缸 對汽缸蓋上汽缸接觸面進行磨削及研磨，同時，通過使用薄汽缸墊能提高 壓縮比；通過優(yōu) 化化油器到吸氣口之間的進氣支管的長度，可提高慣性吸氣的填充效果；通過將排氣管直管化并調(diào)節(jié)其長度，可提高慣性排氣量；切削氣門挺桿減輕重量，并對氣門和連桿的表面進行研磨以降低轉(zhuǎn)動慣性，同時防止附著過多的潤滑油；發(fā)動機油為比賽期間的消耗品，可采用自然落下式，卸下既有的潤滑系統(tǒng)以減輕重量；通過研磨 4 吸氣、排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力；由于發(fā)動機的驅(qū)動時間較少，為保溫可去掉冷卻風(fēng)扇，這樣也可減輕重量；吸氣部的各個接合部 位提高氣密性可以使用填隙料等密封。 化油器 要延長全開駕駛時間，可變更化油器的主噴嘴、怠速噴嘴 的直徑，同時根據(jù)行駛基準(zhǔn)線測定最佳調(diào)整值（以 supercub 的整備信息為基礎(chǔ)調(diào)整）。另外，天氣會使最佳值發(fā)生變化，所以在比賽之前將各種天氣情況下的設(shè)定值整理成數(shù)據(jù)庫，會比較方便。 車架 為減輕底盤的重量，可以吧發(fā)動機當(dāng)做車架的一部分。一般來說車架也可使用方鋼材加固定螺栓的結(jié)構(gòu)，但為了減輕重量減少體積，建議使用空心圓鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)。另外，在需要強度的地方，可以加入支撐件 。加強筋等增加強度；座位部為了支撐車手的體重需要進行必要加固，還要安裝靠背使車手能經(jīng)住長時間駕駛，靠背還可兼做發(fā)動機的隔板；板材可以通 過開適度的孔等方法以減輕重量。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 為確保視野，車手的駕駛姿勢以及視野要求會使車輪的設(shè)置位置受到很大限制，所以應(yīng)先確定車手的駕駛姿態(tài)；根據(jù)連桿臂的長度和轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度，決定方向盤舵角和實際舵角之比、內(nèi)輪差。另外，有整流罩時，還需考慮轉(zhuǎn)向時車輪和整流罩的互相干擾問題 ；關(guān)于前輪系統(tǒng)的定位，請在搭載了發(fā)動機、車手就坐時車身彎曲的情況下，調(diào)整到最佳角度，并注意阻力的減輕。特別是前輪前束和外傾角最好趨于 0；轉(zhuǎn)向臂的上部由于承受車輛荷重，在保持高強度的同時，可以在里面加入推力軸承，增加轉(zhuǎn)向的順滑性；輪胎對方 向盤造成反沖，可以通過固定轉(zhuǎn)向臂安裝部位上下來調(diào)整，也可防止行駛時過度轉(zhuǎn)向。 車輪和輪胎 建議使用速度競技的自行車的車輪和輪胎；在正式比賽時要將車輪軸承內(nèi)的潤滑脂用清潔器清除，減少滾動阻力；為減少輪輻造成的空氣阻力，最好使用板輪，使用輻條輪時，表面用聚乙烯板蓋住比較有效；在一小曲率半徑過彎時輪胎要承受與普通自行車不同的橫向力， 為了此時保證車輪不爆胎，所以車輪和輪胎的接合，要是用更強的粘著劑；為減少接地面積降低滾動阻力，輪胎內(nèi)壓要比普通競技自行車胎壓高；輪胎為單支撐時，可以借用速度競技用輪椅的輪轂。 節(jié) 油賽車車架簡介 若車身的骨架車架制作完成，再加上發(fā)動機、車輪、轉(zhuǎn)向裝置、座席、整流罩，賽車即制作完成。制作車架時，需要便考慮發(fā)動機的安裝、驅(qū)動裝置的調(diào)整、車軸的 5 支撐方式，轉(zhuǎn)向裝置的行駛等。 下圖顯示了汽車用車架的類型，但最近的轎車廠使用這些車架的復(fù)合型甚至無骨架結(jié)構(gòu)。競技節(jié)能大賽車輛必須更輕便、同時能支撐發(fā)動機和車手的 重量。在其中焊接管道或型鋼，組成車架最有利。但這需要焊接設(shè)備和技術(shù)做支撐。 在車架的類型中，最常用的是平板式和脊骨式，自己動手制作時需要注意轉(zhuǎn)向裝置的型式，確定車手的駕駛姿勢。另外，安裝整流罩 時，要考慮車手的上下車方式和裝卸方式，車架要支撐車手、發(fā)動機的重量，請事先考慮駕車時的變形量后，決定各個部位的安裝角度。 車架使用木材構(gòu)建時工作等會非常容易，但強度和剛度都不足，此時，使用帶板鋼作為補強材料會更有效。 6 圖 現(xiàn)代汽車車架類型圖 在節(jié)油車車架的結(jié)構(gòu)上，曾經(jīng)有人將車架 抽象成兩種模型，他們分別是上浮式和下沉式。本設(shè)計的方案三就參考了所謂下稱式車架的結(jié)構(gòu)。下圖為前人的總結(jié)的兩種車架形式（上浮式和下沉 式 ）。 圖 上浮式車架 [4] 圖 下沉式車架 [4] 節(jié)油賽車車架研究的目的和意義 7 車架優(yōu)化設(shè)計的目的 對節(jié)油車的車架進行優(yōu)化設(shè)計的目的從狹義上講：當(dāng)代大學(xué)生可以理論聯(lián)系實際，將所學(xué)用于所用，激發(fā)創(chuàng)新意識，深化專業(yè)技能，了解汽車某領(lǐng)域的發(fā)展步伐，使得工科類的大學(xué)生有一種責(zé)任感和使命感，為將來的節(jié)油車產(chǎn)品創(chuàng)造出大批設(shè)計人才；同時對節(jié)油車的車架進行優(yōu)化設(shè)計更會是對我個人的一次歷練，對個人的發(fā)展同時也起到一定的奠定作用。通過設(shè)計節(jié)油車不僅可以把課堂所學(xué)的理論知識和實際操作掛鉤，還可以更多地體會設(shè)計創(chuàng)作帶來的樂 趣，充分發(fā)揮個人創(chuàng)作才能。 對節(jié)油車的車架進行優(yōu)化設(shè)計的目的從廣義上講：目前國際國家能源緊縮，節(jié)油車的問世具有一定的可行性和現(xiàn)實意義。目前這種國際國內(nèi)的以這種競賽為導(dǎo)向的節(jié)油車優(yōu)化設(shè)計必然會對將來經(jīng)濟型汽車的問世起到一定的奠定作用。而通過車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，對車架進行輕量化設(shè)計又能有效的減少車重，從而降低油耗。 車架優(yōu)化設(shè)計的意義 經(jīng)濟意義體現(xiàn)在：隨著我國經(jīng)濟全球化的不斷加快，我國對國際能源及原材料市場的依賴程度不斷加大，從目前來看，國際油價和工業(yè)原材料的價格也是在不斷攀升，我國經(jīng)濟在能源領(lǐng)域比較棘手。我 國的汽車保有量逐年增加，需要更多的燃油，所以節(jié)能減排是中國汽車產(chǎn)業(yè)需要考慮的關(guān)鍵，也值得國家重視。車架的輕量化能夠減少整車質(zhì)量，從而能使汽車達到節(jié)能減排的目的，節(jié)油了能源和資本，從而具有一定的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。 社會意義體現(xiàn)在：自從工業(yè)革命以來，世界工業(yè)發(fā)展飛速，能源開采量逐年增高，汽車工業(yè)發(fā)展尤為迅速，汽車保有量也呈遞增趨勢。有限的能源如何能用的更長久是值得人類和社會反思的意見事情，節(jié)油車型的普及功在當(dāng)代，利在千秋。而通過這種節(jié)油車競賽恰恰就能為節(jié)油車產(chǎn)品的問世提供有效的依據(jù)，使得能源的利用率提高，為人 類社會的順延提供了有效保證。車架的優(yōu)化設(shè)計是使得汽車能夠節(jié)能減排的主要手段之一，因此車架的優(yōu)化設(shè)計的社會意義重大。 HQJ500型節(jié)油車車架研究的基本內(nèi)容 及技術(shù)路線 設(shè)計主要內(nèi)容及分析、校核： （ 1） 進行設(shè)計賽車總體布局設(shè)計； （ 2） 進行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計； （ 3） 進行車架結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計與分析； （ 4） 進行車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。 繪制設(shè)計總圖和上述部分的結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖。 技術(shù)路線 8 第 2章 HQJ500 型車 結(jié)構(gòu)設(shè)計 與總體 布局 節(jié)油車車架選 用材料 HQJ500 型節(jié)油車車架所選用的 材料 是 6061 鋁合金。 6061 鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，并形成 Mg2Si 相。 有時還添加少量的銅和鋅，以提高合金的強度，而又不使其抗腐蝕性明顯下降；導(dǎo)電材料中還有少量的銅，以抵消鈦及鐵對導(dǎo)電性的不良影響；鋯或鈦能細化晶粒與控制再結(jié)晶組織；為了能改善可切削性能，可加入鉛與鉍。在 Mg2Si 固溶于鋁中，使合金有人工時效硬化功能。分析題目，收集資料 借鑒以往經(jīng)驗，確定設(shè)計方案 HQJ500 節(jié)油車總體布局設(shè)計 節(jié)油車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計 用 ANSYSY 軟件對其進行優(yōu)化 對車架進行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 完成裝配圖、零件圖 完成設(shè)計說明書 NO YES 9 6061 鋁合金中的主要 合金元素為鎂和硅，具有中等強度；良好的抗腐蝕性、可焊接性，氧化效果較好。美鋁 6061T651 是 6 系合金的主要合金，是 經(jīng)熱處理預(yù)拉伸工藝的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品；美鋁 6061 具有加工性能極佳、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、上色容易、氧化效果極佳等優(yōu)良特點。 主要用途：廣泛應(yīng)用于要求有一定強度和抗腐蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如制造卡車。塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛。 節(jié)油車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)人機工程學(xué)，確定了人的腿的長度的精確范圍，從而確定了置腳橫梁到前橋橫梁的縱向距離；根據(jù)駕駛員的前腳掌的活動范圍確定了置腳橫梁到錢保險杠的縱向長度；根據(jù)駕駛員與臀部座椅的接觸范圍，確定了車架前橋橫梁到座椅橫梁前端的縱向距離；根據(jù)駕駛員 的上身的長度 (以及根據(jù)駕駛員駕駛姿勢的修正 )可以確定座椅各梁在縱向的相對長度；根據(jù)駕駛員橫向的寬度可以確定座椅的梁的橫向?qū)挾龋桓鶕?jù)發(fā)動機的極限高度確定座椅立梁的極限高度；根據(jù)發(fā)動機長寬高的尺寸確定了車架座椅后縱梁距離發(fā)動機固定橫梁的距離；根據(jù)發(fā)動機打孔位置來確定支撐發(fā)動機的兩個固定橫梁的相對位置；根據(jù)發(fā)動機的高度來確定高架輔助縱梁的最低極限位置；根據(jù)選用車輪的直徑的大小和節(jié)能車大賽規(guī)定的最小離地間隙來確定后橋縱梁距離車架最下端的相對高度；根據(jù)車輪半徑確定車架后橋縱梁的長度；根據(jù)駕駛員的極限視野（水平方向或豎 直方向）來確定前橋上橫梁相對車架最下端的高度。 節(jié)油車的總體布局 現(xiàn)在市面上的汽車的車輪數(shù)一般都大于 3，但是為了簡化結(jié)構(gòu)，提高傳動效率，進一步減少車重 ，減少車速器等裝 置 [5]。發(fā)動機的驅(qū)動齒輪直接通過鏈條和驅(qū)動車輪(后輪 )上的從動齒輪相連并進行動力傳遞，所以本設(shè)計所設(shè)計的三個車架都是僅適用于前兩輪后一輪的節(jié)油車型。 根據(jù)人機工程學(xué)的要求，對車手的體型和坐姿定下整車的初步初步控制尺寸 進行各項數(shù)據(jù)的測量，并在 PRO/E 中建模，確