【正文】 明白，買一個(gè)氬弧焊機(jī)才2000元左右，氬氣罐才100左右，因?yàn)椴换ǘ嘁稽c(diǎn)錢去追求更好質(zhì)量呢？綜上所述我們選擇氬弧焊。但相比之下，氬弧焊沒什么焊渣。4130的焊接特性本來就差，焊接以后有冷裂。通過以上比較既要輕量化又要達(dá)到足夠的強(qiáng)度，從而獲得性能優(yōu)異的車架我們選擇4130材料。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(jī)、礦山機(jī)械、電站、橋梁等承受動(dòng)荷的結(jié)構(gòu)、機(jī)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)。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。（2）Q345是一種鋼材的材質(zhì)。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－普板是一種鋼材的材質(zhì)。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。；（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(jì)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(jì)與選材必須遵循輕量化的設(shè)計(jì)原則，重量較輕的車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。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)車手的腿部，并且必須延伸到車手腳的前部。的范圍以內(nèi)；（5）正視圖時(shí)，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)。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20度。（6）前環(huán)位于方向盤的距離不得超過250mm(9．8英寸)。（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。（2）禁止前環(huán)使用復(fù)合材料。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(xì)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(qiáng)度、剛度，以保證在極端狀況下前環(huán)不發(fā)生變形、破壞。、車架設(shè)計(jì)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(duì)相關(guān)賽車的車架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(xiàng)目組在參考國內(nèi)外車架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合本隊(duì)賽車的總布置和人機(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最終完成了車架的設(shè)計(jì)，下面是車架的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。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(gè)平面結(jié)構(gòu)。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。第三章 賽車整車的總體設(shè)計(jì)、車架的設(shè)計(jì)、車架的設(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)懸置等要求確定車架結(jié)構(gòu)；(4)車架結(jié)構(gòu)性分析，優(yōu)化；(5)定稿。 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(huì)有越來越多的車隊(duì)使用一體式碳纖維車架。如下圖所示：圖212 單體殼車架Fig 211 Single shell frame（2）、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度，輕量化，易于車身造型，安裝一步到位，精度容易保證。FSAE界的單體殼也絕大多數(shù)是碳纖維增強(qiáng)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。所以monocoque就算是承載式車身的一種。Mono來源于希臘，指單一的意思。缺點(diǎn)：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。由于對鋼管車車架進(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架更強(qiáng)的剛度，這也是很多跑車廠仍樂于用它的原因。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(shí)期。于是鋼管式（又稱“框條式”）車架便應(yīng)運(yùn)而生。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(jì)開發(fā)和生產(chǎn)工藝都復(fù)雜，只適宜大批量生產(chǎn)。、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。（3）橫向彎曲所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車身產(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，兩股相對的壓力將車架橫向扭曲。因此車架底部的縱梁和橫梁(member），一般都要求較強(qiáng)的剛度。（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，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。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(dá)到良好的操控表現(xiàn)。具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。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、車架形式的選擇、車架的定義也稱大梁。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。有時(shí)，靠齒條來直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。（2）轉(zhuǎn)向系的組成：轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（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(jī)構(gòu)，在汽車轉(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。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。（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(shí)可以操作快拆器。（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過7176。（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)）。如下圖26所示：圖26 雙輪浮動(dòng)盤式制動(dòng)，willwood DSPFig 26 Double floating disc brake,willwood DSP、轉(zhuǎn)向的選擇、轉(zhuǎn)向的要求（1）方向盤必須與前輪機(jī)械連接。易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整等。帶式制動(dòng)器只用作中央差速器；鼓式和盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式也分有多種。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。、制動(dòng)器的分類（1）制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。（6）禁止使用沒有保護(hù)的塑料制動(dòng)管路。（4）制動(dòng)系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有四個(gè)車輪。每個(gè)液壓制動(dòng)回路必須有其專用的儲(chǔ)液罐（可以使用獨(dú)立的儲(chǔ)液罐，也可以使用廠家生產(chǎn)的內(nèi)部被分隔開的儲(chǔ)液罐） 。制動(dòng)系統(tǒng)必須作用于所有四個(gè)車輪上，并且通過單一的控制機(jī)構(gòu)控制。真實(shí)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(shè)定來確保賽車的表現(xiàn)，通過獨(dú)特的機(jī)構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達(dá)到比賽需要。如圖25所示：圖25 雙橫臂不等長獨(dú)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(fēng)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(dòng)，并且減小了懸架運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。采用此種懸架，主要優(yōu)點(diǎn)是不等長式上下各有一個(gè)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(yán)重的弊端。、懸架的選擇本賽車采用當(dāng)今方程式賽車普遍使用的懸架結(jié)構(gòu)，故采用獨(dú)立懸架。但這種懸架構(gòu)造較復(fù)雜，承載力小。、懸架的分類汽車懸架的形式分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩種：（1）非獨(dú)立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí)，影響另一側(cè)車輪也作相應(yīng)的跳動(dòng)，使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜，汽車的平穩(wěn)性和舒適性較差，但由于構(gòu)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。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(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因?yàn)閼壹芗纫獫M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。（2）在技術(shù)檢查中，懸架的所有的安裝點(diǎn)必須可以被呈示給技術(shù)檢查官，無論是可以直接看到或是通過移除覆蓋件來實(shí)現(xiàn)。在有車手乘坐的情況下，（2英寸），（1英寸），（1英寸）。其參數(shù)如下：萬豐13 英寸鋁合金輪輞；馬牌223/533R14。主減速比：鏈傳動(dòng)傳動(dòng)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(dòng)力和制動(dòng)力；汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，在保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛的同時(shí)，通過車輪產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車保持直線行駛方向；承擔(dān)越障提高通過性的作用等。其參數(shù)如下： 變速箱性能參數(shù) Performance parameters of the gearbox發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部減速器傳動(dòng)比一檔速比二檔速比三檔速比四檔傳動(dòng)比五檔傳動(dòng)比六檔傳動(dòng)比、主減速器及差速器的確定發(fā)動(dòng)機(jī)通過鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)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。我們這里采用摩托車的排氣系統(tǒng)如圖24：圖24 Kawasaki ZRX400 排氣系統(tǒng)（線框內(nèi)）Fig 24 the exhaust system of Kawasaki ZRX400(in wireframe)、傳動(dòng)系統(tǒng)、變速箱性能參數(shù)的確定采用發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的變速箱：6速常嚙合循環(huán)擋位。汽車排氣系統(tǒng)是主要是排放發(fā)動(dòng)機(jī)工作所排出的廢氣，同時(shí)使排出的廢氣污染減小，噪音減小。限流器采用的是一個(gè)圓錐形的漏斗狀裝置，固定在限流器出口位置的蓋板上，限流器可以隨蓋板一起方便地拆除，以便在某些必要的測試當(dāng)中增加引擎功率。所以在空氣濾清器旁邊的進(jìn)氣口上還加裝了一個(gè)限流器。這樣的改進(jìn)不但極大的降低了使用成本，避免使用Kawasaki 售價(jià)高昂的原裝空氣濾清器，而且在采購上也有著極大的便利。圖21 本田Honda CBR600 F4i電噴發(fā)動(dòng)機(jī)Fig 21 the electronic fuel injection engine of Honda CBR600 F4i、進(jìn)氣系統(tǒng)把空氣過濾器的安裝位置從進(jìn)氣穩(wěn)壓箱中獨(dú)立了出來，并增加了專門的空氣濾清器蓋板，在維護(hù)時(shí)只需單獨(dú)打開蓋板即可方便更換空氣濾清器。如果重心較高，將會(huì)導(dǎo)致車過彎的時(shí)候不穩(wěn)，重量轉(zhuǎn)移過大。參考絕大多數(shù)學(xué)校發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇，我們選擇本田摩托車的Honda CBR600 F4i電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，引擎形式四沖程水冷DOHC，并列四汽缸。而選擇小重量單缸機(jī)的高水平車隊(duì)也有不少。FSAE比賽中發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇主要分為兩個(gè)方向。Endurance賽道的直道不超過70m。、發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇要根據(jù)比賽規(guī)則的要求和賽道特點(diǎn)而決定。 汽車質(zhì)量參數(shù) The quality parameters of the automotive車型參數(shù)賽車整車整備質(zhì)量m0(kg)300載客量1滿載質(zhì)量ma（kg）360質(zhì)量系數(shù)ηm0前軸負(fù)荷（滿載）（kg）170后軸負(fù)荷（滿載）（kg）19汽車動(dòng)力性參數(shù)的確定汽車動(dòng)力性參數(shù)包括最高車速vmax、加速時(shí)間t、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。、汽車主要參數(shù)的選擇、汽車主要尺寸的確定汽車的主要尺寸參數(shù)有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸。常用的有前置前驅(qū)、后置后驅(qū)、前置后驅(qū)和中置后驅(qū)。這里我們選擇：4x2。、驅(qū)動(dòng)形式汽車驅(qū)動(dòng)形式有4x4x4等等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位表示驅(qū)動(dòng)輪數(shù)。影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。、汽車形式的選擇不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式以及布置形式上有區(qū)別，這里我們選擇的是大學(xué)生F1方程式賽車。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會(huì)讓車手更有信心，這能有效提高所有動(dòng)態(tài)項(xiàng)目中最快圈速，這對經(jīng)驗(yàn)不足的新車手特別重要?？煽啃钥梢源_保測試階段的順利進(jìn)行，同時(shí)可以保證完成在競賽中的所有比賽項(xiàng)目。根據(jù)這些特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使賽車能在比賽中發(fā)揮出高性能和取得良好的比賽成績。 預(yù)期目標(biāo)：通過對現(xiàn)有大學(xué)生F1方程式賽車的了解以及各種資料的分