【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 使用線控制動(dòng)。（6）禁止使用沒(méi)有保護(hù)的塑料制動(dòng)管路。（7）制動(dòng)系統(tǒng)必須被碎片護(hù)罩保護(hù)，以防傳動(dòng)系失效或小碰撞引起的碎片破壞制動(dòng)系統(tǒng)。、制動(dòng)器的分類(lèi)（1）制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用車(chē)上用作車(chē)輪制動(dòng)器或緩速器；液力式制動(dòng)器一般只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。（2）摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可以分為鼓式、盤(pán)式和帶式三種。帶式制動(dòng)器只用作中央差速器；鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式也分有多種。（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(chē)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(chē)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。易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整等。、制動(dòng)器的選擇通過(guò)以上比較，以及參考其他院校制動(dòng)器的選擇，這里我們選擇雙輪浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)willwood DSP。如下圖26所示：圖26 雙輪浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)，willwood DSPFig 26 Double floating disc brake,willwood DSP、轉(zhuǎn)向的選擇、轉(zhuǎn)向的要求（1）方向盤(pán)必須與前輪機(jī)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(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機(jī)構(gòu)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shí)接觸懸架、車(chē)身或車(chē)架部件。（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過(guò)7176。（在方向盤(pán)上測(cè)量）。（4）方向盤(pán)必須安裝在快拆器上，必須保證車(chē)手在正常駕駛坐姿并配戴手套時(shí)可以操作快拆器。（5）方向盤(pán)輪廓必須為連續(xù)閉合的近圓形或近橢圓形。例如：方向盤(pán)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(kāi)式方向盤(pán)。（6）在任何角度，方向盤(pán)上端必須低于前環(huán)的上端如圖27：圖27 方向盤(pán)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(lái)保持或者改變汽車(chē)行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)向關(guān)系。機(jī)械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)構(gòu)。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。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來(lái)直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)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(dòng)機(jī)構(gòu)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、車(chē)架形式的選擇、車(chē)架的定義也稱(chēng)大梁。汽車(chē)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(chē)輪上。具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車(chē)的載荷和從車(chē)輪傳來(lái)的沖擊。、車(chē)架的設(shè)計(jì)要評(píng)價(jià)車(chē)架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車(chē)輛在行駛時(shí)車(chē)架所要承受的各種不同的力。如果車(chē)架在某方面的韌性（stiffness）不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無(wú)法達(dá)到良好的操控表現(xiàn)。而車(chē)架在實(shí)際環(huán)境下要面對(duì)4種壓力。（1）負(fù)載彎曲從字面上就可以十分容易的理解這個(gè)壓力，部分汽車(chē)的非懸掛重量，是由車(chē)架承受的，通過(guò)輪軸傳到地面。而這個(gè)壓力，主要會(huì)集中在軸距的中心點(diǎn)。因此車(chē)架底部的縱梁和橫梁(member），一般都要求較強(qiáng)的剛度。（2）非水平扭動(dòng)當(dāng)前后對(duì)角車(chē)輪遇到道路上的不平而滾動(dòng)，車(chē)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。（3）橫向彎曲所謂橫向彎曲，就是汽車(chē)在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車(chē)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(chē)架橫向扭曲。（4）水平菱形扭動(dòng)實(shí)車(chē)架的好壞并非物理指標(biāo)就可以涵蓋，所以即使有超強(qiáng)的新車(chē)架出現(xiàn)，最傳統(tǒng)的車(chē)架形式依然存在，正因?yàn)榇耍韵碌膬?nèi)容才有了發(fā)布的意義。、車(chē)架的分類(lèi)車(chē)架的類(lèi)型有：梯形車(chē)架、一體式金屬車(chē)架、超輕量一體式車(chē)架、一體式碳纖維車(chē)架、大梁式車(chē)架、承載式車(chē)架、鋼管式車(chē)架、鋁合金車(chē)架、碳纖維車(chē)架、副車(chē)架等等。由于成本原因國(guó)內(nèi)FSAE賽車(chē)大多使用的是鋼管式車(chē)架，但國(guó)外大多使用一體式碳纖維車(chē)架。下面我們主要介紹一下這兩種車(chē)架： 鋼管式車(chē)架介紹（1）、定義承載式車(chē)架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝都復(fù)雜，只適宜大批量生產(chǎn)。但是對(duì)于少量生產(chǎn)的轎車(chē)又如何呢？雖然可以采用共用平臺(tái)策略，但所謂的“共用平臺(tái)”能共用的只是懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)等底盤(pán)部件，承載式的車(chē)架由于必須與車(chē)身形狀吻合，對(duì)于不同的車(chē)身造型是不能共用車(chē)架的。于是鋼管式（又稱(chēng)“框條式”）車(chē)架便應(yīng)運(yùn)而生。顧名思義，鋼管式車(chē)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。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(chē)廠生產(chǎn)各式各樣的汽車(chē)，都是用自行開(kāi)發(fā)制造的鋼管車(chē)架，是鋼管車(chē)架的全盛時(shí)期。時(shí)至今日仍采用鋼管車(chē)架的都是一些產(chǎn)量較少的跑車(chē)廠，如LAMBORGHINI和TVR，原因是可以省去沖壓設(shè)備的巨大投資。由于對(duì)鋼管車(chē)車(chē)架進(jìn)行局部加強(qiáng)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(chē)架更強(qiáng)的剛度，這也是很多跑車(chē)廠仍樂(lè)于用它的原因。如下圖所示：圖210 桁架結(jié)構(gòu)車(chē)架Fig 210 Truss structure frame（2）、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：加工制造方便，造價(jià)低廉，具有較好的容錯(cuò)性，強(qiáng)度較高。缺點(diǎn)：不利于空間布置和車(chē)身造型、需要覆蓋車(chē)身，因而不利于輕量化。 一體式碳纖維車(chē)架（1）、定義它通過(guò)一個(gè)物體的表面來(lái)承載，而不是使用內(nèi)部框架來(lái)承載。Mono來(lái)源于希臘，指單一的意思。Coque是來(lái)源于法語(yǔ)，殼的意思。所以monocoque就算是承載式車(chē)身的一種。但現(xiàn)代大多數(shù)乘用車(chē)的白車(chē)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(qiáng)調(diào)表面的剛度和強(qiáng)度，主要通過(guò)凹凸形成的箱體和管件來(lái)承載。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(chēng)碳纖維的單體殼，金屬單體殼僅有英國(guó)的Oxford Brookes University近幾年的賽車(chē)，它使用的是鋁合金來(lái)制造單體殼。另外在超跑和賽車(chē)領(lǐng)域，也幾乎都是碳纖維單體殼。如下圖所示：圖212 單體殼車(chē)架Fig 211 Single shell frame（2）、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度，輕量化，易于車(chē)身造型，安裝一步到位，精度容易保證。缺點(diǎn)：制造加工困難，造價(jià)高昂，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難控制，基本沒(méi)有容錯(cuò)性，壽命短，修復(fù)困難，不可回收。 結(jié)論通過(guò)以上比較國(guó)內(nèi)FSAE賽車(chē)多數(shù)使用的是鋼管式車(chē)架，但隨著技術(shù)不斷地成熟，以及資金的充裕必將會(huì)有越來(lái)越多的車(chē)隊(duì)使用一體式碳纖維車(chē)架。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(chē)架，然后通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析。第三章 賽車(chē)整車(chē)的總體設(shè)計(jì)、車(chē)架的設(shè)計(jì)、車(chē)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(chē)架結(jié)構(gòu)；(4)車(chē)架結(jié)構(gòu)性分析，優(yōu)化；(5)定稿。、車(chē)架設(shè)計(jì)要求：（1）賽車(chē)的結(jié)構(gòu)必須包括兩個(gè)帶有斜撐的防滾架、有支撐系統(tǒng)和緩沖結(jié)構(gòu)的前隔板、以及側(cè)邊防撞結(jié)構(gòu)；（2）賽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)必須為以下材料制作：低碳鋼或合金鋼（%）圓管；（3）除主環(huán)和主環(huán)斜撐必須使用鋼材以外，其他管件均可使用替代尺寸規(guī)格和材料。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。、名詞解釋?zhuān)?）主環(huán)——位于車(chē)手旁邊或是身后的一個(gè)防滾架；（2）前環(huán)——位于車(chē)手雙腿之上，接近方向盤(pán)的防滾架；（3）防滾架支承結(jié)構(gòu)支承——從主前環(huán)支承的末端引出到主前環(huán)上；（4）車(chē)架單元——最短的未切割的、連續(xù)的管件；（5）車(chē)架 —— “車(chē)架”是被設(shè)計(jì)用來(lái)支撐所有賽車(chē)的功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總成，該部件可以是單個(gè)焊接結(jié)構(gòu)，也可是復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，或是復(fù)合材料與焊接結(jié)構(gòu)的組合；（6）基本結(jié)構(gòu)—— 基本結(jié)構(gòu)包括以下車(chē)架部件：1）主環(huán) 2）前環(huán) 3）防滾架斜撐 4）側(cè)邊防撞結(jié)構(gòu) 5）前隔板 6)前隔板支撐系統(tǒng) 7）所有的能將安全帶的負(fù)荷傳遞到16 的車(chē)架單元；（7）車(chē)架主體結(jié)構(gòu)——已定義的車(chē)架基本結(jié)構(gòu)所包圍的車(chē)架部分為車(chē)架主體結(jié)構(gòu)。主環(huán)上部和主環(huán)斜撐不包括在該定義中；（8）前隔板——車(chē)架主體結(jié)構(gòu)前端的一個(gè)平面結(jié)構(gòu)。其功能是保護(hù)車(chē)手雙腳；（9）前端緩沖結(jié)構(gòu)——位于前隔板前方的可變形的吸能裝置；（10）側(cè)防撞區(qū)域——從座艙底板上表面到離地350mm（ 英寸），從前環(huán)到主環(huán)間的車(chē)輛側(cè)面區(qū)域。、車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程方程式汽車(chē)大賽目前在國(guó)外已有20余年的歷史，國(guó)外車(chē)隊(duì)相關(guān)賽車(chē)的車(chē)架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)成熟，而且首屆中國(guó)大學(xué)生方程式汽車(chē)大賽的規(guī)則與國(guó)外基本相同，所以項(xiàng)目組在參考國(guó)內(nèi)外車(chē)架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合本隊(duì)賽車(chē)的總布置和人機(jī)工程需要，按照規(guī)則的要求，我們選擇選擇的圓管規(guī)格為30mmx25mm最終完成了車(chē)架的設(shè)計(jì)，下面是車(chē)架的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。、前環(huán)以及前斜撐設(shè)計(jì)前環(huán)是位于車(chē)手雙手之上，接近方向盤(pán)的防滾架，一般來(lái)說(shuō)前環(huán)不僅是方向盤(pán)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(chē)手未能及時(shí)逃出賽車(chē)，前環(huán)對(duì)保護(hù)車(chē)手的雙手起著重要作用。因此， 《中國(guó)大學(xué)生方程式汽車(chē)大賽規(guī)則》(201 0版)對(duì)于車(chē)架的前環(huán)做了詳細(xì)而具體的要求，確保賽車(chē)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。要求如下：（1）前環(huán)必須由封閉的金屬管件構(gòu)成。（2）禁止前環(huán)使用復(fù)合材料。（3）前環(huán)必須從車(chē)架單元一側(cè)的最低端，向上繞過(guò)車(chē)架后在連接到另一側(cè)車(chē)架的最低端。（4）若是采用合適的節(jié)點(diǎn)和三角板結(jié)構(gòu)，允許把前環(huán)設(shè)計(jì)成多段組合的鍵。（5）前環(huán)的最高點(diǎn)必須在任何角度下高于方向盤(pán)的最高點(diǎn)。（6）前環(huán)位于方向盤(pán)的距離不得超過(guò)250mm(9．8英寸)。這個(gè)距離是沿賽車(chē)的中線，水平的從前環(huán)的后部到方向盤(pán)放置狀態(tài)下的最前端量起。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。根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)出的前環(huán)如維模型圖如下面所示：圖32 前環(huán)三維模型圖Fig 32 the 3 d model figure of Front Roll Hoop、主環(huán)設(shè)計(jì)（1）主環(huán)必須由一根未切割的、連續(xù)的、截面形狀封閉的鋼管構(gòu)成；（2）禁止使用鋁合金、鈦合金或其他復(fù)合材料制作主環(huán)；（3）主環(huán)必須從車(chē)架一側(cè)的最低處向上延伸，越過(guò)車(chē)架，再到達(dá)另一側(cè)的車(chē)架最低處；（4）從車(chē)的側(cè)視圖看，主環(huán)位于車(chē)架主體結(jié)構(gòu)的安裝點(diǎn)以上的部分必須在與豎直方向上的傾斜角在10176。的范圍以?xún)?nèi)；（5）正視圖時(shí)，主環(huán)的垂直管件與車(chē)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)。如下圖所示：圖33 主環(huán)設(shè)計(jì)示意圖Fig 33 the schematic diagram of Main Roll Hoop根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)出的主環(huán)三維圖如下圖所示：圖34 主環(huán)三維圖Fig 34 the 3 d model figure of Main Roll Hoop、支撐要求主環(huán)支架：（1）主環(huán)支架必須由封閉的鋼管構(gòu)件構(gòu)成；（2）主環(huán)支架禁止使用鋁合金、鈦合金等復(fù)合材料；（3）主環(huán)支架必須是直的，即沒(méi)有任何彎曲。前環(huán)支架：（1）前環(huán)必須由兩個(gè)分別位于前環(huán)兩側(cè)的向前伸的支架支撐；（2）必須安裝前環(huán)支架是為了保護(hù)車(chē)手的腿部，并且必須延伸到車(chē)手腳的前部。其他支撐要求：（1）在支架沒(méi)有和鋼制車(chē)架焊接的地方，支架必須安全可靠地用8mm級(jí)別或更高級(jí)別的螺栓和車(chē)架連接起來(lái)。；（2）在主環(huán)支架和承載結(jié)構(gòu)結(jié)合的地方，必須在承載結(jié)構(gòu)的背面安裝一塊和固定板相同的備用支持板，這樣可以避免因受力而核心破碎；根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)出的車(chē)架三維模型如下圖所示：圖35 車(chē)架三維模型圖（1）Fig 35 the 3 d model figure of frame (1)為了選擇更性能更好的車(chē)架在此重復(fù)以上步驟，設(shè)計(jì)出另一款車(chē)架如下圖所示：圖36 車(chē)架三維模型圖（2）Fig 36 the 3 d model figure of frame (2)、車(chē)架材料的選擇大學(xué)生方程式賽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)與選材必須遵循輕量化的設(shè)計(jì)原則，重量較輕的車(chē)可以獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性、加速性、提高最大速度、改善操縱穩(wěn)定性。所謂輕量化，就是在滿足其它性能的前提下，盡量減輕自身的重量，它是指同一臺(tái)車(chē)在同樣的尺寸或同一種車(chē)型在同樣功率的前提下重量的減輕。方程式賽車(chē)車(chē)架重量占整車(chē)重量的很大部分(約20％)，所以車(chē)架輕量化對(duì)于整車(chē)輕量化有重要意義。一下是幾種比較常用的材料：(1)Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱(chēng)在A3板。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－普板是一種鋼材的材質(zhì)。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服極限，后面的235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235MPa左右。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。（2）Q345是一種鋼材