【正文】 的基礎(chǔ)上結(jié)合本隊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，下面是車架的詳細(xì)設(shè)計過程。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、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(jī)；(3)根據(jù)懸架硬點(diǎn)、轉(zhuǎn)向、制動、發(fā)動機(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有越來越多的車隊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。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，可以直接帶動橫拉桿。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，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，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)在一個節(jié)點(diǎn)處發(fā)生反轉(zhuǎn)）。如下圖26所示：圖26 雙輪浮動盤式制動，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。易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整等。帶式制動器只用作中央差速器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式也分有多種。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動器。、制動器的分類（1）制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。（6）禁止使用沒有保護(hù)的塑料制動管路。（4）制動系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有四個車輪。每個液壓制動回路必須有其專用的儲液罐（可以使用獨(dú)立的儲液罐，也可以使用廠家生產(chǎn)的內(nèi)部被分隔開的儲液罐） 。制動系統(tǒng)必須作用于所有四個車輪上，并且通過單一的控制機(jī)構(gòu)控制。真實比賽中，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，并且減小了懸架運(yùn)動部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。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)一邊車輪跳動時，影響另一側(cè)車輪也作相應(yīng)的跳動，使整個車身振動或傾斜，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較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿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：鏈傳動傳動比=；、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)動力和制動力；汽車轉(zhuǎn)彎時產(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，通過車輪產(chǎn)生的自動回正力矩，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)動機(jī)內(nèi)部減速器傳動比一檔速比二檔速比三檔速比四檔傳動比五檔傳動比六檔傳動比、主減速器及差速器的確定發(fā)動機(jī)通過鏈傳動將動力傳遞到驅(qū)動橋，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)、傳動系統(tǒng)、變速箱性能參數(shù)的確定采用發(fā)動機(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)動機(jī)工作所排出的廢氣，同時使排出的廢氣污染減小，噪音減小。限流器采用的是一個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，將會導(dǎo)致車過彎的時候不穩(wěn)，重量轉(zhuǎn)移過大。參考絕大多數(shù)學(xué)校發(fā)動機(jī)的選擇，我們選擇本田摩托車的Honda CBR600 F4i電噴發(fā)動機(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)的高水平車隊也有不少。FSAE比賽中發(fā)動機(jī)的選擇主要分為兩個方向。Endurance賽道的直道不超過70m。、發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇賽車發(fā)動機(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汽車動力性參數(shù)的確定汽車動力性參數(shù)包括最高車速vmax、加速時間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)動形式汽車驅(qū)動形式有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讓車手更有信心，這能有效提高所有動態(tài)項目中最快圈速，這對經(jīng)驗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，同時可以保證完成在競賽中的所有比賽項目。根據(jù)這些特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，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析，確定整機(jī)總體結(jié)構(gòu)及總體布置圖，設(shè)計計算，三維建模，對車架進(jìn)行強(qiáng)度分析，繪制圖紙，并附帶說明書。通過對底盤總布置的設(shè)計計算，合理選用各總成，合理裝配布置，保證底盤各總成運(yùn)動協(xié)調(diào)，操縱輕便，使底盤各總成更加高效合理可靠的工作。中國FSC致力于為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，通過全方位考核，提高學(xué)生們的設(shè)計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行長期的人才積蓄，促進(jìn)中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國”的戰(zhàn)略方向邁進(jìn)。 2010年第一屆中國FSC由中國汽車工程學(xué)會、中國二十所大學(xué)汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團(tuán)——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。 在發(fā)達(dá)國家，很多高校已經(jīng)從事Formula SAE 超過20 年時間，擁有大量資金和試驗基礎(chǔ)的情況下，他們的作品已經(jīng)基本達(dá)到了專業(yè)水平，最高時速可達(dá)到甚至超過200km/h，0 到100km/h 以內(nèi)。 在SAE Mini Baja 的成功獲得各界認(rèn)同的同時，SAE 聯(lián)合美國三大汽車公司開始推廣一項技術(shù)水平更高的工程類學(xué)生競賽，這就是Formula SAE。Mini Baja 比賽重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了地盤的設(shè)計，因為每個隊伍都使用一個8 匹馬力的引擎，這一點(diǎn)無法改變。第一屆SAE Mini Baja 比賽于1976 年舉辦，并且迅速成為一個地區(qū)性的年度比賽。70年代中期，幾個美國大學(xué)開始主辦當(dāng)?shù)氐膶W(xué)生設(shè)計競賽賽車。學(xué)生需要通過語言，圖表等各種方法，將自己作品的設(shè)計理念、技術(shù)特點(diǎn)、性能優(yōu)勢、加工成本和商業(yè)價值等要素有效地表達(dá)出來，使這家公司的負(fù)責(zé)人能夠充分了解你的設(shè)計方案的優(yōu)勢，并最終使他們認(rèn)可你的設(shè)計方案。FSAE賽車比賽主要分為靜態(tài)項目比賽和動態(tài)項目比賽兩部分。為了更好的達(dá)到鍛煉和培養(yǎng)參賽學(xué)生綜合能力的目的，比賽虛擬了一個商業(yè)研發(fā)環(huán)境，所有的比賽項目都是基于這一環(huán)境而設(shè)置。比賽規(guī)則主要分為兩部分，賽車技術(shù)要求和比賽條例。目的就是為了在充分保證參賽人員人身安全的前提下，盡可能的為參賽學(xué)生營造一個自由的比賽環(huán)境，來鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，使更多的原創(chuàng)設(shè)計和多種形式的賽車出現(xiàn)在賽場上。賽事對賽車各系統(tǒng)的材料，結(jié)構(gòu)等都做出了詳細(xì)的規(guī)定。FSAE賽車比賽給參賽學(xué)生提供了走出課堂將理論知識應(yīng)用到工程實踐的良好機(jī)會。但是由于整個比賽涉及了汽車工業(yè)所包括的設(shè)計、生產(chǎn)、測試、市場、管理和財務(wù)等各個方面。學(xué)生設(shè)計團(tuán)隊在滿足規(guī)則要求的前提下一般用8到12月的時間設(shè)計、制造和測試自己的賽車。產(chǎn)品的目標(biāo)市場是周末業(yè)余賽車比賽。學(xué)生組成的設(shè)計團(tuán)隊將為該生產(chǎn)商設(shè)計一輛小型方程式賽車。各個設(shè)計環(huán)節(jié)將作為競賽比較和評判的內(nèi)容。制造企業(yè)計劃