【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、有限元軟件 ANSYS 進(jìn)行節(jié)油汽車(chē)的整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，為我國(guó)節(jié)油汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高節(jié)油節(jié)能汽車(chē)的穩(wěn)定性和可靠性。研究采用的技術(shù)流程如圖 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 技術(shù)流程 收集相關(guān)資料及數(shù)據(jù) 軟件接口 分析結(jié)果 總體方案的設(shè)計(jì) UG 三維建模 手繪二維設(shè)計(jì)及建模 ANSYS 有限元分析 攥寫(xiě)說(shuō)明書(shū) 輕量化設(shè)計(jì) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 節(jié)能車(chē)車(chē)架整體結(jié)構(gòu)方案選定 節(jié)能車(chē)的工作原理與設(shè)計(jì)理念 節(jié)能競(jìng)技大賽是搭載 Honda 低油耗摩托車(chē)的 4 沖程 發(fā)動(dòng)機(jī) ，通過(guò)動(dòng)手制作挑戰(zhàn)節(jié)能極限的競(jìng)技賽事 ，在等油耗的行駛中讓車(chē)手走有發(fā)揮走的更遠(yuǎn)。 該賽事任何人都可以輕松參與，隊(duì)員們通過(guò)自我創(chuàng)意，設(shè)計(jì)出世界上獨(dú)一無(wú)二的賽車(chē)參與角逐，人們不僅可以感受到 “ 創(chuàng)造 ” 與 “ 交流 ” 的樂(lè)趣，同時(shí)還可以體會(huì)到 “ 低油耗就是環(huán)保 ” 。 為了把我們賴(lài)以生存的地球更完好地傳遞給下一代，讓肩負(fù)著人類(lèi)未來(lái)的年輕 人通過(guò)思考和實(shí)踐，親身體會(huì)如何利用有限資源的重大意義，一起動(dòng)手共同感受制作車(chē)輛的樂(lè)趣 。 大賽三個(gè)理念為： 節(jié)能減排 節(jié)能大賽是一項(xiàng)以注重能源，創(chuàng)造節(jié)約型社會(huì)為主體的活動(dòng)，希望所有參賽者能夠共享這種對(duì)地球環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)精神。 現(xiàn)在的中國(guó)正面臨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)的同時(shí)，能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題變成我們迫切需要解決的課題。自 1958 年起，擁有超前環(huán)保意識(shí)的 Honda 就開(kāi)始思索起了環(huán)保課題，著手并開(kāi)發(fā)了更節(jié)能更環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。 1981 年， Honda 在日本舉行了首屆節(jié)能競(jìng)技大賽，至今已 有 29屆的歷史。在大賽中，選手們最大程度地有效利用能源，開(kāi)拓思路，為創(chuàng)造全新的節(jié)能低碳生活，爭(zhēng)相展示他們的智慧與信念。 超越家人、 朋友 、年齡、輩份和地域帶來(lái)的各種限制， Honda 希望有更多的人們來(lái)參加比賽，在競(jìng)技中互相交流，盡情享受創(chuàng)意與驚奇的樂(lè)趣。 面對(duì)環(huán)保的挑戰(zhàn)， Honda 不斷自我超越， 從 50 年前， Honda 研發(fā)出輕便、節(jié)能的 Supercub引擎開(kāi)始，從不間歇、挑戰(zhàn)極限，在上世紀(jì)八十年代，成功地將 1 升汽油的行駛距離從 105 公里提升至 180 公里。而節(jié)能競(jìng)技大賽于 20xx 年更是 創(chuàng)造了 3435公里 /升的記錄，這是用嶄新的創(chuàng)意和新技術(shù)所積累的成果，是不斷挑戰(zhàn)的結(jié)果。節(jié)能競(jìng)技大賽正是提供給大家一個(gè)共同來(lái)實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想和挑戰(zhàn)的舞臺(tái)。 人人參與 簡(jiǎn)單的競(jìng)技規(guī)則，為每個(gè)人提供了一個(gè)參賽的機(jī)會(huì)。通過(guò)體驗(yàn)比賽過(guò)程，培養(yǎng)人們豐富的創(chuàng)意和動(dòng)手能力，體驗(yàn)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造帶來(lái)的樂(lè)趣。 如何保護(hù)我們賴(lài)以生存的地球，是目前急需解決的問(wèn)題，需要社會(huì)每一成員貢獻(xiàn)力量，而這恰好契黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 合了節(jié)能競(jìng)技大賽創(chuàng)始人本田宗一郎先生的初衷，讓每一個(gè)普通人都能參與到環(huán)保事業(yè)中。在日本，超越職業(yè)、地域、年齡各種限制，每年都有來(lái)自學(xué) 校、企業(yè)以及來(lái)自社會(huì)上共約 500 多支代表隊(duì)參賽。在提高節(jié)能環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，更能培養(yǎng)動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。 節(jié)能車(chē)的主要結(jié)構(gòu)方案確定 減輕汽車(chē)車(chē)身重量，可以減少燃油消耗，裝配更多的裝備，提高汽車(chē)的性能。為了減少汽車(chē)重量，工程師主要從材料、工藝和結(jié)構(gòu)上想辦法。高強(qiáng)度鋼已成為近年來(lái)車(chē)身制造的首選材料。材料與加工工藝是密切相關(guān)的，新材料的應(yīng)用伴隨新工藝的產(chǎn)生， 現(xiàn)代 汽車(chē)制造技術(shù)得到新的發(fā)展。汽車(chē)車(chē)身各結(jié)構(gòu)的形狀、受力不一樣，對(duì)強(qiáng)度、剛度、拉延和塑性變形的要求各有不同，一般要根據(jù)構(gòu)件的形式、要求和的使用材料來(lái)選擇沖壓工藝。過(guò)去的沖壓工藝首先把鋼板剪裁成沖壓板料，然后沖壓成為沖壓件，再將各個(gè)沖壓件焊接成所需要的部件。一種新的工藝方式則將這種順序顛倒過(guò)來(lái)，它稱(chēng)為“拼焊”，就是將不同厚度和不同性能的鋼板剪裁后拼焊起來(lái)的一種鋼板，這種拼焊鋼板可以沖壓加工。采用拼焊鋼板可以按照汽車(chē)的不同部位對(duì)應(yīng)采用不同的板材，更好地發(fā)揮其作用。例如在負(fù)荷大的地方采用較厚的高強(qiáng)度 鋼板，而在其他部位則使用較 薄 的 高 強(qiáng) 度 鋼 板 。 拼焊采用激光焊接，經(jīng)過(guò)激光焊接的拼焊鋼板允許進(jìn)行沖壓加工，經(jīng)沖壓成型而成為車(chē)身上的沖壓件。拼焊鋼板的應(yīng)用簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝、改善了構(gòu)件性能、減輕了重量。汽車(chē)上采用 “拼焊”的部件常有側(cè)面框架、車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)身底板、立柱等。采用輕質(zhì)材料代替鋼材是近年汽車(chē)制造常用的方法，鋁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、輪圈、儀表板裝飾及其它零部件上，但是大量用于車(chē)身制造上還是少見(jiàn)，主要是受到加工技術(shù)和成本的約束。 現(xiàn)在，還有一種鎂合金已經(jīng)出現(xiàn)在車(chē)壇上。鎂除了重量比鋁輕以外，還具有比強(qiáng)度和比 剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻尼減震和電磁屏蔽性好、易于加工成形、可以回收等優(yōu)點(diǎn)，是理想的金屬結(jié)構(gòu)材料。汽車(chē)上有 60 多種零部件適合采用鎂合金，例如發(fā)動(dòng)機(jī)零件、變速器零件、儀表板、輪圈等。據(jù)介紹，對(duì)于使用鎂金的汽車(chē)而言，一般歐洲車(chē)用鎂合金 9公斤至 20公斤，北美車(chē)用鎂合金6 公斤至 26 公斤。鎂合金也在日本生產(chǎn)的汽車(chē)上采用，例如鎂合金變速桿、變速箱體、車(chē)門(mén)內(nèi)框、扶手等等。由于鎂是地球儲(chǔ)量最豐富的金屬元素，加上它的合金材料優(yōu)點(diǎn)明顯，越來(lái)越受到汽車(chē)業(yè)的重視。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 節(jié)能車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)要求 根據(jù)設(shè)計(jì)原則、目標(biāo)和用戶(hù)的需求特點(diǎn) ，整車(chē)設(shè)計(jì)人員要提出被開(kāi)發(fā)的車(chē)型的整車(chē)型式方案，主要包括以下幾個(gè)部分： 設(shè)計(jì)參數(shù)要求： 驅(qū)動(dòng)型式： 3 1；總質(zhì)量： ；最高車(chē)速 55km/h；最大爬坡： 20%； 車(chē)身長(zhǎng)小于 3m，自重小于 60kg，乘載 1人，駕駛員重量小于 40kg， 1公升汽油能行駛里程大于 300公里，行駛速度大于 50km/h，能夠變速，要求零部件材質(zhì)輕，車(chē)身外形設(shè)計(jì)要求風(fēng)阻小，流線(xiàn)型好，即節(jié)油又要美觀(guān)。本設(shè)計(jì)幾個(gè)方面主要包括； （ 1） 車(chē)架 的種類(lèi)和型式 ； （ 2） 發(fā)動(dòng)機(jī)布置 和驅(qū)動(dòng)型式 ； （ 3）車(chē)頭和駕駛室的型式及發(fā)動(dòng)機(jī)與前軸的位置關(guān)系 ； （ 4）輪 胎的選擇 。 HLJIT3A 專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)。既保持了發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)、動(dòng)力強(qiáng)、聲音輕、省油、環(huán)保等五大特點(diǎn) 。 功能介紹： 單缸水冷 二 氣門(mén)四沖程化油器發(fā)動(dòng)機(jī)，具有前后軸傳動(dòng)輸出，電和手拉兩種起動(dòng)方式，帶發(fā)動(dòng)機(jī)易起動(dòng)減壓功能，帶下坡發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，帶停車(chē)變換的發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)一體化高檔、低檔、空檔、停車(chē)檔、倒檔和檔位顯示，帶車(chē)速里程輸出，帶汽車(chē)式易更換機(jī)油濾；還可以根據(jù)廠(chǎng)家需要選擇配套 4x4 車(chē)、 4獨(dú)立懸架的前后橋和所有傳動(dòng)軸，可以電控方式方便的進(jìn)行 4x 4x前橋差速鎖死的變換，ECU 點(diǎn)火器帶 危險(xiǎn)工況的保護(hù)功能，還可以選裝空濾器、散熱器、風(fēng)扇 。 發(fā)動(dòng)機(jī)： HLJIT3A 型； 缸徑 行程： 82； 最大功率： 24kW/6500r/min；點(diǎn)火方式： 無(wú)觸點(diǎn)、 CDI 直流點(diǎn)火； 外形尺寸： 長(zhǎng) x 寬 x 高（ mm）： 610 519；發(fā)動(dòng)機(jī)形式：?jiǎn)胃?、四沖程、水冷、四氣門(mén)、頂置式凸輪軸、單平衡軸 壓縮比： :1； 最低燃油消耗率 (g/ )：≤ 340； 潤(rùn)滑方式：壓力飛濺潤(rùn)滑 ； 啟動(dòng)方式： 電起動(dòng) /手拉起動(dòng) 。如圖 所示： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn) 駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)、前軸 的布置位置，可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同的整車(chē)外型，當(dāng)然對(duì)使用性能也有一定的影響 方案一 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)（ FF）。 優(yōu)點(diǎn)分析：與后輪驅(qū)動(dòng)的乘用車(chē)相比較，前輪驅(qū)動(dòng)乘用車(chē)的前橋軸荷大，有明顯的不足轉(zhuǎn)向性能；因?yàn)榍拜喪球?qū)動(dòng)輪，所以越過(guò)障礙的能力高；主減速器和變速器裝在同一個(gè)殼體內(nèi)，動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)緊湊，且不需要在變速器與主減速器之間設(shè)置傳動(dòng)軸，車(chē)內(nèi)地板凸包高度降低，有利提高乘坐舒適性；發(fā)動(dòng)機(jī)布置在軸距外時(shí)，汽車(chē)的軸距可以縮短，因而有利于提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性；汽車(chē)的散熱器布置在汽車(chē)前部，散熱條件好，發(fā)動(dòng)機(jī)可以得到足夠 的冷卻；行李箱布置在汽車(chē)后部，固有足夠大的行李箱空間；容易改裝為客貨兩用車(chē)或救護(hù)車(chē)；供暖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，且因管路短而供暖效率高；發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器與駕駛員位置近，所以操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單；發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)能縮短汽車(chē)的總長(zhǎng)，加上取消了傳動(dòng)軸等因素的影響，汽車(chē)消耗的材料明顯減少，使整備質(zhì)量減輕；發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)，原主減速器的錐齒輪需要用圓柱齒輪取代，這又降低了制造難度，同時(shí)在裝配和使用時(shí)也不必進(jìn)行齒輪調(diào)整工作，此時(shí)，變速器和主減速器可以使用同一種潤(rùn)滑油。 缺點(diǎn)分析：前輪驅(qū)動(dòng)并轉(zhuǎn)向需要采用等速萬(wàn)向節(jié)，其結(jié)構(gòu)和制造工藝均復(fù)雜；前橋負(fù) 荷較后軸重，并且前輪又是轉(zhuǎn)向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短；上坡行駛時(shí)因驅(qū)動(dòng)輪上的附著力減小，汽車(chē)爬坡能力降低，特別是在爬越泥濘的坡路時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪容易打滑并使汽車(chē)喪失操縱穩(wěn)定性；由于后軸負(fù)荷小而且制動(dòng)時(shí)軸荷要前移，后輪容易抱死并引起汽車(chē)側(cè)滑；當(dāng)發(fā)動(dòng)橫置時(shí)受空間限制，總體布置工作困難，維修與保養(yǎng)時(shí)的接近性變差；一旦發(fā)生正面碰撞事故，因發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件損失較大，維修費(fèi)用高。 方案二 發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)（ RR） 優(yōu)點(diǎn)分析：動(dòng)力總成布置成一體而使機(jī)構(gòu)緊湊，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)后置，汽車(chē)前部高度有條件降低，改善駕駛員視野；同時(shí) 排氣管不必從前部向后部延伸，加上可以省掉傳動(dòng)軸，故可向內(nèi)地板凸包只需要有較低的高度用來(lái)容納操縱機(jī)構(gòu)的桿件和加強(qiáng)地板剛度即可，這就改善了后排座椅中間座位乘員出入的條件；整車(chē)整備質(zhì)量??；乘客座椅能夠布置在舒適區(qū)域；上坡行駛時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪上的附著力增加，爬坡能力提高；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)布置在軸距外時(shí)軸距短，汽車(chē)機(jī)動(dòng)性能好。 缺點(diǎn)分析：后軸負(fù)荷重，使汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向傾向，操縱性變壞；前輪附著力小，高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，影響操縱穩(wěn)定性；行李箱在前部，受轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 時(shí)要占據(jù)一定空間和改善駕駛視野的影響，行李箱體積不夠大；因動(dòng)力總成 在后部，距駕駛員較遠(yuǎn)，所以操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜；駕駛員發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障不如發(fā)動(dòng)機(jī)前置容易；發(fā)動(dòng)機(jī)后置不僅對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻和前風(fēng)擋玻璃除霜帶來(lái)不利，而且發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪聲容易傳給駕駛員，一旦汽車(chē)發(fā)生追尾事故，又會(huì)對(duì)后排乘員構(gòu)成危險(xiǎn)；受發(fā)動(dòng)機(jī)高度影響，改裝為客貨兩用車(chē)或救護(hù)車(chē)?yán)щy。 難點(diǎn)分析：因車(chē)型的布置結(jié)構(gòu)緊湊，選用此種布置發(fā)動(dòng)機(jī) 規(guī)定賽車(chē)可裝備如下兩套輪胎： 干胎 —— 在檢查時(shí)安裝在賽車(chē)上的輪胎定義為干胎。干胎尺寸任意，型號(hào)任意。他們可以是光頭胎，也可是有紋的 雨胎 —— 雨胎可以是如下規(guī)定的任何型號(hào)和尺寸的 有花紋和溝槽的樣式： 節(jié)能車(chē)的整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 車(chē)架是支撐賽車(chē)其他部件，構(gòu)成賽車(chē)主體的重要部件。本文敘述車(chē)架從最初設(shè)計(jì)到制造整個(gè)過(guò)程，其主要包含二大部分內(nèi)容：車(chē)架設(shè)計(jì)、車(chē)架制作。車(chē)架設(shè)計(jì)從車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、管件規(guī)格選擇與力學(xué)分析方面進(jìn)行了敘述。車(chē)架制作部分詳細(xì)闡述了車(chē)架制造基本要求。 汽車(chē)車(chē)身既是駕駛員的工作場(chǎng)所，也是承載整車(chē)機(jī)械及部件的場(chǎng)所。 車(chē)身應(yīng)對(duì)駕駛員提供便利的工作條件，對(duì)乘員提供舒適的乘坐條件，保護(hù)他們免受汽車(chē)行駛時(shí)的振動(dòng)、噪聲，廢氣的侵襲以及外界惡劣氣候的影響。汽車(chē)車(chē)身上 的一些結(jié)構(gòu)措施和設(shè)備還有助于安全行車(chē)和減輕事故的后果。 車(chē)身應(yīng)保證汽車(chē)具有合理的外部形狀，在汽車(chē)行駛時(shí)能有效地引導(dǎo)周?chē)臍饬?，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車(chē)身還應(yīng)有助于提高汽車(chē)行駛穩(wěn)定性和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻條件，并保證車(chē)身內(nèi)部良好的通風(fēng)。 汽車(chē)車(chē)身是一件精致的綜合藝術(shù)品，應(yīng)以其明晰的雕塑形體、優(yōu)雅的裝飾件和內(nèi)部覆飾材料以及悅目的色彩使人獲得美的感受，點(diǎn)綴人們的生活環(huán)境。 汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)主要包括：車(chē)身殼體、車(chē)門(mén)、車(chē)窗、車(chē)前鈑金制件、車(chē)身內(nèi)外裝飾件和車(chē)身附件、座椅以及通調(diào)節(jié)裝置等等。 車(chē)身殼體是一切車(chē)身部件的安 裝基礎(chǔ)，通常是指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連接的鈑金件共同組成的剛性空間結(jié)構(gòu)?？蛙?chē)車(chē)身多數(shù)具有明顯的骨架，而轎車(chē)車(chē)身和貨車(chē)駕駛室則沒(méi)有明顯的骨架。車(chē)身殼體通常還包括在其上敷設(shè)的隔音、隔熱、防振、防腐、密封等材料及涂層。 封閉制鈑制制件形成了容納人、發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)輪等部件的空間。 車(chē)身外部裝飾件主要是指裝飾條、車(chē)輪裝飾罩、標(biāo)志、浮雕式文字等等。車(chē)幾部裝飾件包括儀表板、頂篷、側(cè)壁、座椅等表面覆飾物。在轎車(chē)上廣泛采用天然纖維或合成纖維的紡織品、人造革或黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 多層復(fù)合材料、連皮泡沫塑料等表面覆飾材料；在客車(chē)上則 大量采用纖維板、紙板、工程塑料板、鋁板、花紋橡膠板以及復(fù)合裝飾板等覆飾材料。 車(chē)身內(nèi)部的通風(fēng)、暖氣、冷氣以及空氣調(diào)節(jié)裝置是維持車(chē)內(nèi)正常環(huán)境、保證駕駛員和乘客安全舒適的重要裝置。座椅也是車(chē)身內(nèi)部重要裝置之一。座椅由骨架、座墊、 背和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。座墊和背應(yīng)具有一定的彈性。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可使座位前后或上下移動(dòng)以及調(diào)節(jié)座墊和背的傾斜角度。某些座椅還有彈性懸架和減振器，可對(duì)其彈性懸架加以調(diào)節(jié)以便在駕駛員們不同的體重作用下仍能保證座墊離地板的高度適當(dāng)。保證行車(chē)安全，在現(xiàn)代汽車(chē)上廣泛采用對(duì)乘員施加約束的安全帶、頭枕、 氣囊以及汽車(chē)碰撞時(shí)防止乘員受