【文章內(nèi)容簡介】 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(biāo)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。、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(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)工藝都復(fù)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(yīng)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(shè)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：圖210 桁架結(jié)構(gòu)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 單體殼車架Fig 211 Single shell frame（2）、優(yōu)缺點優(yōu)點：高強度，輕量化，易于車身造型，安裝一步到位，精度容易保證。缺點：制造加工困難，造價高昂，結(jié)構(gòu)強度難控制，基本沒有容錯性，壽命短，修復(fù)困難，不可回收。 結(jié)論通過以上比較國內(nèi)FSAE賽車多數(shù)使用的是鋼管式車架，但隨著技術(shù)不斷地成熟，以及資金的充裕必將會有越來越多的車隊使用一體式碳纖維車架。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架，然后通過ANSYS軟件進行強度分析。第三章 賽車整車的總體設(shè)計、車架的設(shè)計、車架的設(shè)計流程：(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；(3)根據(jù)懸架硬點、轉(zhuǎn)向、制動、發(fā)動機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。、車架設(shè)計要求：（1）賽車的結(jié)構(gòu)必須包括兩個帶有斜撐的防滾架、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（1）主環(huán)——位于車手旁邊或是身后的一個防滾架；（2）前環(huán)——位于車手雙腿之上，接近方向盤的防滾架；（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）車架單元——最短的未切割的、連續(xù)的管件；（5）車架 —— “車架”是被設(shè)計用來支撐所有賽車的功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總成，該部件可以是單個焊接結(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荷傳遞到16 的車架單元；（7）車架主體結(jié)構(gòu)——已定義的車架基本結(jié)構(gòu)所包圍的車架部分為車架主體結(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——車架主體結(jié)構(gòu)前端的一個平面結(jié)構(gòu)。其功能是保護車手雙腳；（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)間的車輛側(cè)面區(qū)域。、車架設(shè)計過程方程式汽車大賽目前在國外已有20余年的歷史，國外車隊相關(guān)賽車的車架設(shè)計經(jīng)驗相對成熟，而且首屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽的規(guī)則與國外基本相同，所以項目組在參考國內(nèi)外車架設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上結(jié)合本隊賽車的總布置和人機工程需要，按照規(guī)則的要求，我們選擇選擇的圓管規(guī)格為30mmx25mm最終完成了車架的設(shè)計，下面是車架的詳細設(shè)計過程。、前環(huán)以及前斜撐設(shè)計前環(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，同時在緊急狀況下，如撞擊、側(cè)翻、翻滾，如果車手未能及時逃出賽車，前環(huán)對保護車手的雙手起著重要作用。因此， 《中國大學(xué)生方程式汽車大賽規(guī)則》(201 0版)對于車架的前環(huán)做了詳細而具體的要求，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)必須從車架單元一側(cè)的最低端，向上繞過車架后在連接到另一側(cè)車架的最低端。（4）若是采用合適的節(jié)點和三角板結(jié)構(gòu)，允許把前環(huán)設(shè)計成多段組合的鍵。（5）前環(huán)的最高點必須在任何角度下高于方向盤的最高點。（6）前環(huán)位于方向盤的距離不得超過250mm(9．8英寸)。這個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。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，前環(huán)的任何一個部分與垂直方向所成的角度不得超過20度。根據(jù)上述要求設(shè)計出的前環(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（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)必須從車架一側(cè)的最低處向上延伸，越過車架，再到達另一側(cè)的車架最低處；（4）從車的側(cè)視圖看，主環(huán)位于車架主體結(jié)構(gòu)的安裝點以上的部分必須在與豎直方向上的傾斜角在10176。的范圍以內(nèi)；（5）正視圖時，主環(huán)的垂直管件與車架主體結(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)計示意圖Fig 33 the schematic diagram of Main Roll Hoop根據(jù)上述要求設(shè)計出的主環(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，即沒有任何彎曲。前環(huán)支架：（1）前環(huán)必須由兩個分別位于前環(huán)兩側(cè)的向前伸的支架支撐；（2）必須安裝前環(huán)支架是為了保護車手的腿部，并且必須延伸到車手腳的前部。其他支撐要求：（1）在支架沒有和鋼制車架焊接的地方，支架必須安全可靠地用8mm級別或更高級別的螺栓和車架連接起來。；（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)計出的車架三維模型如下圖所示：圖35 車架三維模型圖（1）Fig 35 the 3 d model figure of frame (1)為了選擇更性能更好的車架在此重復(fù)以上步驟，設(shè)計出另一款車架如下圖所示：圖36 車架三維模型圖（2）Fig 36 the 3 d model figure of frame (2)、車架材料的選擇大學(xué)生方程式賽車車架設(shè)計與選材必須遵循輕量化的設(shè)計原則，重量較輕的車可以獲得較好的燃油經(jīng)濟性、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。方程式賽車車架重量占整車重量的很大部分(約20％)，所以車架輕量化對于整車輕量化有重要意義。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是一種鋼材的材質(zhì)。它是低合金鋼，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。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。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動荷的結(jié)構(gòu)、機械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于40℃以上寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。（3）30CrMo又稱4130此鋼具有高的強度和韌性，淬透性較高，在油中臨界淬透直徑15～70mm；鋼的熱強度性也較好，在500℃以下具有足夠的高溫強度，但550℃時其強度顯著下降；當(dāng)合金元素在下限時焊接相當(dāng)好，但接近上限時焊接性中等，并在焊前需預(yù)熱到175℃以上；鋼的可切削性良好，冷變形時塑性中等；熱處理時在300～350℃的范圍有第一類回火脆性；有形成白點的傾向。通過以上比較既要輕量化又要達到足夠的強度，從而獲得性能優(yōu)異的車架我們選擇4130材料。、車架焊接方式的選擇一般用電弧焊和氬弧焊兩種方式，但是氬弧焊是最好的！氬弧焊焊接出來的條紋漂亮，而且不易變形，比電弧焊更容易控制。4130的焊接特性本來就差，焊接以后有冷裂。試想想，管材才2mm厚左右，這么薄，用電弧焊不小心就很容易燒穿了（當(dāng)然，氬弧焊調(diào)的電流不適當(dāng)時，也會燒穿，不過，調(diào)好之后就不怕了），而且有焊渣，焊完之后又有焊碴，又要用角磨機打磨，麻煩死啦~焊碴夾雜在焊縫那里，這已經(jīng)焊接質(zhì)量不好了。但相比之下，氬弧焊沒什么焊渣。建議，如果你怕強度夠的話，就用打底焊，即是氬弧焊焊完一次之后，再補多一層氬弧焊。我也不明白，買一個氬弧焊機才2000元左右，氬氣罐才100左右，因為不花多一點錢去追求更好質(zhì)量呢？綜上所述我們選擇氬弧焊。參照本田Honda CBR600 F4i發(fā)動機外形參數(shù)建立三維模型如下圖：圖37 發(fā)動機總成以及變速箱三維模型Fig 37 the 3 d model figure of the Engine assembly and gearbox參照長安之星制動總泵外形以及參數(shù)建立三維模型如下圖：圖38 制動總泵以及各個踏板三維模型Fig 38 the 3 d model figure of the Brake master cylinder and pedals懸架設(shè)計的要求：（1） 賽車前后輪裝配有可以自由工作的懸架、并有減震器；（2） 。根據(jù)車的總體尺寸，參照別的學(xué)校懸架設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計出懸架的三維模型如下圖所示：圖39 懸架系統(tǒng)三維模型Fig 39 the 3 d model figure of suspension system、制動系統(tǒng)的三維建模參照雙輪浮動盤式制動willwood DSP外形參數(shù)建立三維模型。如下圖所示：圖310 willwood dsp 三維模型Fig 310 the 3 d model figure of willwood dsp、車輪三維建模因為我們選擇的是萬豐13英寸鋁合金輪輞和馬牌205/510R13輪胎，根據(jù)其參數(shù)建立三維模型如下圖：圖311 車輪三維模型Fig 311 the 3 d model figure of vehicle wheels、后驅(qū)動橋三維模型根據(jù)整車總體尺寸建立后驅(qū)動橋三維模型如下圖所示：圖312 后驅(qū)動橋三維模型Fig 312 the 3 d model figure of rear drive axle、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計轉(zhuǎn)向設(shè)計要求：（1）、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須至少在兩只車輪上起作用；（2）、轉(zhuǎn)向輪必須與前輪機械連接；（3）、方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合近圓形。根據(jù)整車尺寸以及上述要求選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維模型如下圖：圖313 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維模型Fig 313 the 3 d model figure of Steering system、油箱三維模型的