HQJ-500型節(jié)油車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 摘 要 面對國際國內(nèi)能源的減縮，節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車業(yè)所面臨的主題。節(jié)能環(huán)保具有現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)意義。車架是汽車的重要組成部分，承受車上裝置和來自地面的交變作用力，需要滿足一定的剛度和強(qiáng)度。由 HONDA 公司發(fā)起的節(jié)能競技大賽將會(huì)促進(jìn)更加節(jié)能減排的汽車的問世。汽車節(jié)能可以通過很多渠道做到，本設(shè)計(jì)主要從車輛的輕量化角度出發(fā)，通過減少車架質(zhì)量，從而在滿足車架剛度的強(qiáng)度的條件下來進(jìn)一步減少節(jié)油車整車質(zhì)量。本設(shè)計(jì)對整車做了整體總布置，確定了重心的位置。而且通過 PRO/E 軟件設(shè)計(jì)出了三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的模型，然后將三 個(gè)車架模型轉(zhuǎn)換成工程圖。最后通過 ANSYS 軟件多車架進(jìn)行進(jìn)一步的有限元分析，其中包括靜力結(jié)構(gòu)分析，模態(tài)分析，和基于實(shí)際情況的有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于車架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通過有限元軟件不但可以減少繁重的計(jì)算量，而且可以有效提高計(jì)算精度。通過靜力結(jié)構(gòu)可以更為直觀的反映出車架受的最大應(yīng)力和變形，同時(shí)便于三種車架比較。通過模態(tài)分析可以看出車架的動(dòng)態(tài)特性，看其是否在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下與發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生共振，應(yīng)該避免共振。車架優(yōu)化設(shè)計(jì)原則上是以梁段橫截面的高、寬和壁厚為設(shè)計(jì)變量（ DV） ,以總應(yīng)力和位移為狀態(tài)變量（ SV），以車架總重量 為目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)過程。但基于實(shí)際，本優(yōu)化設(shè)計(jì)是在選出最好的車架模型的基礎(chǔ)之上通過加減不同的梁，變換在不同處的梁截面，從而達(dá)到對車架優(yōu)化的目的，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整車的輕量化而使得節(jié)能車更節(jié)能、更環(huán)保。 關(guān)鍵詞 ：節(jié)能車；車架；輕量化；三維建模；靜力分析；模態(tài)分析；優(yōu)化設(shè)計(jì) 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT Facing the reduce of resource in our country or in the whole world, saving resource and protecting the environment are becoming more and more important nowadays. They have direct and huge meanings .The frame plays an important part in the car.It bends changing machanics from the car and ground, and should satisfied some strength. The composition which is put out by the HONDA Corporation would make more economical car be possible. We have many ways ,but my design is to try to make the frame much lighter. By doing this we can get the frame which meet our requiry. My design do the work that make the cars components be in its really destination and make sure the location of its gravity. I have made three modes by PRO/E software and changed they into engineering paintings. At last I try to test by softwareANSYS,including statical analysis and motal analysis and getting better results by compariment .because of the frames not simpty, analysising by the sortware is more convinent and we can get more accute resaunts. By statical analysis we can get directly pictures of the whole machanic and the leave of the move from is original position. By motal analysis we can diagnose that if the frame will shock with the engine at the same pace. We should get the best resaunts by regarding the width and height in the cut face as the DV, by regarding the whole strength and the leave move from its original location as its SV, by regarding the gravity as its objective function. After thinking the reality, based on finding the best modes, I change different size of different beams so that we can get the best resaunts . Finally will get the most economical frame. It will make the economical car much better in realm of economy and will be good for our environment. Key words： Fuel Efficient Veicle； Frame； Lightweight； Statical Analysis； Motal Analysis ； Optimizasion Design 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 2 1.1 節(jié)油車的研究背景 4 1.2 HONDA 節(jié)能競技大賽的規(guī)則簡介 2 1.3 節(jié)能賽車的節(jié)能技術(shù)簡介 3 1.4 節(jié)能賽車的車架簡介 4 1.5 節(jié)能賽車車架的研究的目的和意義 6 1.6 HQJ-500 型節(jié)油車車架研究的基本內(nèi)容及技術(shù)路線 7 第 2 章 HQJ-500 型車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體布局 8 2.1 節(jié)油車車架選用材料 8 2.2 節(jié)油車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.3 節(jié)油車總體布局 8 2.4 節(jié)油車整體質(zhì)心位置的確定 10 2.5 本章小結(jié) 18 第 3 章 基于 PRO/E 的模型的構(gòu)建 15 3.1 Pro/E 軟件簡介 15 3.2 車架三維模型的構(gòu)建 15 3.2.1 節(jié)油車車架方案一模型 16 3.2.2 節(jié)油車車架方案二模型 20 3.2.3 節(jié)油車車架方案三模型 23 3.3 本章小結(jié) 26 第 4 章 有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 27 4.1 有限元分析的簡介 27 4.1.1 有限元法及分析過程簡介 27 4.1.2 ANSYS 軟件簡介 30 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 4.2 基 于對該車車架分析的軟件預(yù)設(shè)置 32 4.2.1 PRO/E 和 ANSYS 接口的創(chuàng)建 32 4.2.2 設(shè)置內(nèi)存與選求解器 34 4.3 節(jié)油車車架的結(jié)構(gòu)靜力分析 38 4.3.1 ANSYS 參數(shù)的定義 38 4.3.2 網(wǎng)格的劃分 38 4.3.3 施加約束和載荷 39 4.3.4 車架的結(jié)構(gòu)靜力分析 44 4.3.5 車架靜力分析的對比及階段性結(jié)論 50 4.4 基于實(shí)際的節(jié)油車車架優(yōu)化設(shè)計(jì) 50 4.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念 50 4.4.2 基于實(shí)際的車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 51 4.4.3 車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的階段性結(jié)論 53 4.5 車架的模態(tài)分析 53 4.5.1 有限元模態(tài)分析簡介 53 4.5.2 優(yōu)化后車架的模態(tài)分析 53 4.5.3 優(yōu)化后車架模態(tài)分析的結(jié)論 57 4.6 本章小結(jié) 57 結(jié)論 58 參考文獻(xiàn) 59 致謝 61 附錄 63 附錄 A 63 附錄 B 68 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 緒 論 1.1 節(jié)油車的研究背景 節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今世界的重要課題。汽車工業(yè)也面臨了創(chuàng)新、優(yōu)化產(chǎn)品類型的新挑戰(zhàn)，以適應(yīng)廣大民眾和社會(huì)的需求。其實(shí)，汽車的從 無到有，由簡單到復(fù)雜，由追求的目標(biāo)的單一化發(fā)展到追求速度、舒適性等方面的多元化，一直在升級換代。百年間，在節(jié)約能源上有很大進(jìn)展。整車輕量化，降低輪胎的滾動(dòng)阻力，降低空氣阻力，變速器多擋及無擋化，代用燃料的使用等思想就恰恰是人們對汽車在節(jié)能領(lǐng)域的總結(jié)和探索。 上個(gè)世紀(jì)八十年代的世界性課題之一就是“節(jié)能”，本田技研鉆研節(jié)能課題的成果之一，就是推出了油耗僅為 160km/L 的新經(jīng)濟(jì)性車型 spuercub,并為紀(jì)念這一車型的推出而舉辦了節(jié)能車競技大賽。第一屆大賽在鈴鹿賽道上舉行，比賽分為第一組合第二組兩類。第一組的參 賽車輛為搭載了本田 50cc 沖程引擎的市售二輪車，參賽選手為16 歲以上的有駕駛執(zhí)照者，是使用一定量的燃料比賽行駛多長的距離的競技。另外，第二組的參賽的車輛為搭載一臺 50cc4 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的原創(chuàng)車型，參賽選手為 18 歲以上有駕駛執(zhí)照者，是在規(guī)定的路程中以平均 25km/h 以上的時(shí)速行駛后比較油耗的競技。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 隨著大賽舉辦次數(shù)的增多，油耗競技的運(yùn)動(dòng)性和靠自己的智慧、技術(shù)制作車輛并不斷改良的魅力使之越推越廣，憑參賽者自己的雙手?jǐn)U大了影響，使大賽不斷成長至今。 21 世紀(jì)節(jié)約能源、節(jié)省資源之外，環(huán)保工作也是刻不容緩。但是另一方面， 能夠隨時(shí)去到自己想的地方去這種對車輛靈便性的要求也越來越高。要解決這一矛盾，除了投入科學(xué)技術(shù)之外，還需要使用者掌握經(jīng)濟(jì)智慧的使用方法。 以“挑戰(zhàn)一升，環(huán)保一生 為口號的 Honda 節(jié)能競技大賽， 2007 年正式登陸中國，參賽車輛統(tǒng)一搭載了由 Honda 公司提供的單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，車身和底盤等靠自己設(shè)計(jì)。比賽時(shí)用一定量的油在跑道內(nèi)行駛，換算成一升油能在跑道上行駛多少千米，油耗少，則勝出。比賽旨在讓更多的人體會(huì)到“低油耗就是環(huán)?！薄?Honda 中國節(jié)能競技大賽是以搭載 Honda4 沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)裝置，分為兩個(gè)組別 ，分別是市售車級別和節(jié)能車級別。其中節(jié)能車級別又分為學(xué)生組別、 Honda 關(guān)聯(lián)企業(yè)組別和普通組別。現(xiàn)在學(xué)生組別一般由高校老師帶領(lǐng)，學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的積極參與。去年去我校 黑龍江工程學(xué)院在 2010 年的 Honda 中國節(jié)能競技大賽上取得了很好的成績。 1.2 HONDA節(jié)能競技大賽規(guī)則簡介 凡參賽的車輛必須符合大賽的規(guī)則，車手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)行駛玩規(guī)定的路程，然后測量油耗。凡違反大賽規(guī)則的隊(duì)伍將被取消參賽資格。具體比賽的進(jìn)行流程在本說明書就不在贅述。下面就賽車規(guī)則予以簡單的介紹。 要求參賽車輛必須為 3 輪以上（包括 3 輪），要求 其結(jié)構(gòu)無論是停止還是行駛時(shí)都為三輪以上（包括三輪）結(jié)構(gòu)且能夠站立。全高要求在 1.8 米以下，軸距要求在 1.0米以上，全長要求在 3.5 米以下，輪距要求在 0.5 米以上，全寬要求在 2.5 米以下，排氣管要求不能超出車身后面以及側(cè)面 10 厘米以上，剎車配線等結(jié)構(gòu)需要從車內(nèi)穿過，以免與地面接觸造成摩擦。 在安全性上，為提高安全性，車身結(jié)構(gòu)必須保證行駛時(shí)車手的頭盔前輪車軸的后方，另外，發(fā)生沖撞時(shí)車身結(jié)構(gòu)需避免頭部直接受到撞擊。在駕駛姿勢的狀態(tài)下，車身結(jié)構(gòu)要確保車手的腳不會(huì)伸出車架的前方，車輛底板不能與地面接觸，保證車手的全身 完全完全與地面脫離。車手的臀部與地面保持 60 厘米以上的距離且腳步有安放的位置除外。另外發(fā)生撞擊時(shí)車身結(jié)構(gòu)需避免身體直接受到撞擊。 所有的參賽車輛必須將主辦方分發(fā)的號碼牌。參賽號碼粘貼在車身兩側(cè)及車輛前端清楚可見的位置，共三處。號碼牌周圍 25 厘米范圍內(nèi)不得粘貼于比賽無關(guān)的內(nèi)容，號碼牌丟失將無法評定成績。 發(fā)動(dòng)機(jī)以 HONDA 提供的四沖程 125cc 發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，可自由改造，但要保證汽下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 缸蓋、曲軸箱、曲軸使用下發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，且排氣量在 125cc 以下，為自然吸氣式。賽車至少要配備兩套的獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)。并且每套系統(tǒng) 都要有操作桿，需保證車手能夠獨(dú)自完成安全有效的剎車。此外，制動(dòng)鉗、制動(dòng)墊等的固定安裝也要充分考慮其安全性。制動(dòng)操作桿必須固定在車身上。 所有車輛必須配備車手能以正常駕駛姿勢啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置。但禁止靠起動(dòng)機(jī)裝置的動(dòng)力前進(jìn)。啟動(dòng)裝置只有在斷開離合器時(shí)才能啟動(dòng)。另外，在沒有制動(dòng)的情況下，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的的車子不允許前行。車輛搭載的蓄電池必須是普通市售的產(chǎn)品。前方所有的 車輛需保證車手以正常駕駛姿勢行駛時(shí)正前方的事業(yè)左右寬度至少 90 度，而且保證不使用反射鏡、棱鏡、潛望鏡等直接可視高為 80 厘米的物體。所有參賽車輛為確保后 方視野，必須在左右各裝備一個(gè)帶框的后視鏡。單個(gè)后視鏡的鏡面面積必須在 40平方厘米以上。 參賽者在比賽時(shí)必須使用主辦方供給的專用燃油和帶編號的燃油瓶，在比賽期間領(lǐng)取的燃油瓶若發(fā)生損壞，應(yīng)該予以賠償。 1.3 節(jié)油賽車的節(jié)能技術(shù)簡介 為能提高節(jié)油車的節(jié)能特性，可考慮一下幾個(gè)方面： 1、傳動(dòng)系統(tǒng) 輸出功率固定為 2 速擋，可省略變速器，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)本身的質(zhì)量。不過，上述情況下若要車輛能夠行駛并發(fā)揮最高車速，則需通過安裝在車輪上的鏈輪齒輪比來決定。使用自行車用自由輪轂（棘輪齒輪），可以減少車輪旋轉(zhuǎn)阻力，并且可防止發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)造成的減速和燃油消耗。因?yàn)橐磸?fù)切換發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、慣性行駛，就必須對鏈條防松裝置中的彈簧等加以調(diào)整，防止在使用驅(qū)動(dòng)力時(shí)鏈條脫落。 2、點(diǎn)火系統(tǒng) 火花塞通過采用雙火花塞的形式，可以使稀薄燃燒時(shí)燃燒室內(nèi)的燃燒穩(wěn)定且充分，并且能縮短燃燒時(shí)間，減少爆震。采用雙火花塞時(shí)，要把握燃燒室的形狀，防止添加的火花塞互相干擾。另外，進(jìn)行加工時(shí)，最好事先準(zhǔn)備好半舊的汽缸蓋等供加工聯(lián)系用。點(diǎn)火系的電氣部分可借用能使 2 根火花塞同時(shí)點(diǎn)火的摩托車用部件。去掉交流發(fā)電機(jī)、飛輪部分以提高機(jī)械效率，使用蓄電池向火花塞提供電力，火 花塞使用高壓白金 V 火花塞。 3、汽缸 對汽缸蓋上汽缸接觸面進(jìn)行磨削及研磨，同時(shí)，通過使用薄汽缸墊能提高壓縮比；通過優(yōu)化化油器到吸氣口之間的進(jìn)氣支管的長度，可提高慣性吸氣的填充效果；通過將排氣管直管化并調(diào)節(jié)其長度，可提高慣性排氣量；切削氣門挺桿減輕重量，并對氣下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 門和連桿的表面進(jìn)行研磨以降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，同時(shí)防止附著過多的潤滑油；發(fā)動(dòng)機(jī)油為比賽期間的消耗品，可采用自然落下式，卸下既有的潤滑系統(tǒng)以減輕重量；通過研磨吸氣、排氣口內(nèi)部，減低供氣排氣摩擦阻力；由于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間較少，為保溫可去掉冷卻風(fēng)扇，這樣也可減輕重量； 吸氣部的各個(gè)接合部位提高氣密性可以使用填隙料等密封。 4、化油器 要延長全開駕駛時(shí)間，可變更化油器的主噴嘴、怠速噴嘴的直徑，同時(shí)根據(jù)行駛基準(zhǔn)線測定最佳調(diào)整值（以 supercub 的整備信息為基礎(chǔ)調(diào)整）。另外，天氣會(huì)使最佳值發(fā)生變化，所以在比賽之前將各種天氣情況下的設(shè)定值整理成數(shù)據(jù)庫，會(huì)比較方便。 5、車架 為減輕底盤的重量，可以吧發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)做車架的一部分。一般來說車架也可使用方鋼材加固定螺栓的結(jié)構(gòu)，但為了減輕重量減少體積，建議使用空心圓鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)。另外，在需要強(qiáng)度的地方，可以加入支撐件。加強(qiáng)筋等增加強(qiáng)度 ；座位部為了支撐車手的體重需要進(jìn)行必要加固，還要安裝靠背使車手能經(jīng)住長時(shí)間駕駛，靠背還可兼做發(fā)動(dòng)機(jī)的隔板；板材可以通過開適度的孔等方法以減輕重量。 6、轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 為確保視野，車手的駕駛姿勢以及視野要求會(huì)使車輪的設(shè)置位置受到很大限制，所以應(yīng)先確定車手的駕駛姿態(tài)；根據(jù)連桿臂的長度和轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度，決定方向盤舵角和實(shí)際舵角之比、內(nèi)輪差。另外，有整流罩時(shí)，還需考慮轉(zhuǎn)向時(shí)車輪和整流罩的互相干擾問題；關(guān)于前輪系統(tǒng)的定位，請?jiān)诖钶d了發(fā)動(dòng)機(jī)、車手就坐時(shí)車身彎曲的情況下，調(diào)整到最佳角度，并注意阻力的減輕。特別是前輪前束和外 傾角最好趨于 0；轉(zhuǎn)向臂的上部由于承受車輛荷重，在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，可以在里面加入推力軸承，增加轉(zhuǎn)向的順滑性；輪胎對方向盤造成反沖，可以通過固定轉(zhuǎn)向臂安裝部位上下來調(diào)整，也可防止行駛時(shí)過度轉(zhuǎn)向。 7、車輪和輪胎 建議使用速度競技的自行車的車輪和輪胎；在正式比賽時(shí)要將車輪軸承內(nèi)的潤滑脂用清潔器清除，減少滾動(dòng)阻力；為減少輪輻造成的空氣阻力，最好使用板輪，使用輻條輪時(shí)，表面用聚乙烯板蓋住比較有效；在一小曲率半徑過彎時(shí)輪胎要承受與普通自行車不同的橫向力，為了此時(shí)保證車輪不爆胎，所以車輪和輪胎的接合，要是用更強(qiáng)的粘著劑 ；為減少接地面積降低滾動(dòng)阻力，輪胎內(nèi)壓要比普通競技自行車胎壓高；輪胎為單支撐時(shí)，可以借用速度競技用輪椅的輪轂。 1.4 節(jié)油賽車車架簡介 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 若車身的骨架車架制作完成，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪、轉(zhuǎn)向裝置、座席、整流罩，賽車即制作完成。制作車架時(shí)，需要便考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝、驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)整、車軸的支撐方式，轉(zhuǎn)向裝置的行駛等。 下圖顯示了汽車用車架的類型，但最近的轎車廠使用這些車架的復(fù)合型甚至無骨架結(jié)構(gòu)。競技節(jié)能大賽車輛必須更輕便、同時(shí)能支撐發(fā)動(dòng)機(jī)和車手的重量。在其中焊接管道或型鋼，組成車架最有利。但這需要焊接設(shè)備和技術(shù)做支撐。 在車架的類型中，最常用的是平板式和脊骨式，自己動(dòng)手制作時(shí)需要注意轉(zhuǎn)向裝置的型式，確定車手的駕駛姿勢。另外，安裝整流罩時(shí)，要考慮車手的上下車方式和裝卸方式，車架要支撐車手、發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，請事先考慮駕車時(shí)的變形量后，決定各個(gè)部位的安裝角度。 車架使用木材構(gòu)建時(shí)工作等會(huì)非常容易，但強(qiáng)度和剛度都不足，此時(shí)，使用帶板鋼作為補(bǔ)強(qiáng)材料會(huì)更有效。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 1.1 現(xiàn)代汽車車架類型圖 在節(jié)油車車架的結(jié)構(gòu)上，曾經(jīng)有人將車架抽象成兩種模型，他們分別是上浮式和下沉式。本設(shè)計(jì)的方案三就參考了所謂下稱式車架的結(jié)構(gòu)。下圖為前人的總結(jié) 的兩種車架形式（上浮式和下沉式）。 圖 1.2 上浮式車架 4 圖 1.3 下沉式車架 4 1.5 節(jié)油賽車車架研究的目的和意義 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 1、車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的 對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的從狹義上講：當(dāng)代大學(xué)生可以理論聯(lián)系實(shí)際，將所學(xué)用于所用，激發(fā)創(chuàng)新意識，深化專業(yè)技能，了解汽車某領(lǐng)域的發(fā)展步伐，使得工科類的大學(xué)生有一種責(zé)任感和使命感，為將來的節(jié)油車產(chǎn)品創(chuàng)造出大批設(shè)計(jì)人才；同時(shí)對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)更會(huì)是對我個(gè)人的一次歷練，對個(gè)人的發(fā)展 同時(shí)也起到一定的奠定作用。通過設(shè)計(jì)節(jié)油車不僅可以把課堂所學(xué)的理論知識和實(shí)際操作掛鉤，還可以更多地體會(huì)設(shè)計(jì)創(chuàng)作帶來的樂趣，充分發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)作才能。 對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的從廣義上講：目前國際國家能源緊縮，節(jié)油車的問世具有一定的可行性和現(xiàn)實(shí)意義。目前這種國際國內(nèi)的以這種競賽為導(dǎo)向的節(jié)油車優(yōu)化設(shè)計(jì)必然會(huì)對將來經(jīng)濟(jì)型汽車的問世起到一定的奠定作用。而通過車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)又能有效的減少車重，從而降低油耗。 2、車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義 經(jīng)濟(jì)意義體現(xiàn)在：隨著我國經(jīng)濟(jì)全球化的不斷加快，我國對國際能源 及原材料市場的依賴程度不斷加大，從目前來看，國際油價(jià)和工業(yè)原材料的價(jià)格也是在不斷攀升，我國經(jīng)濟(jì)在能源領(lǐng)域比較棘手。我國的汽車保有量逐年增加，需要更多的燃油，所以節(jié)能減排是中國汽車產(chǎn)業(yè)需要考慮的關(guān)鍵，也值得國家重視。車架的輕量化能夠減少整車質(zhì)量，從而能使汽車達(dá)到節(jié)能減排的目的，節(jié)油了能源和資本，從而具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 社會(huì)意義體現(xiàn)在：自從工業(yè)革命以來，世界工業(yè)發(fā)展飛速，能源開采量逐年增高，汽車工業(yè)發(fā)展尤為迅速，汽車保有量也呈遞增趨勢。有限的能源如何能用的更長久是值得人類和社會(huì)反思的意見事情，節(jié)油車 型的普及功在當(dāng)代，利在千秋。而通過這種節(jié)油車競賽恰恰就能為節(jié)油車產(chǎn)品的問世提供有效的依據(jù)，使得能源的利用率提高，為人類社會(huì)的順延提供了有效保證。車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)是使得汽車能夠節(jié)能減排的主要手段之一，因此車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)的社會(huì)意義重大。 1.6 HQJ-500型節(jié)油車車架研究的基本內(nèi)容及技術(shù)路線 1、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及分析、校核： （ 1） 進(jìn)行設(shè)計(jì)賽車總體布局設(shè)計(jì)； （ 2） 進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （ 3） 進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析； （ 4） 進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。 繪制設(shè)計(jì)總圖和上述部分的結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖。 2、技術(shù)路線 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 第 2章 HQJ-500 型車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體布局 2.1 節(jié)油車車架選用材料 HQJ-500 型節(jié)油車車架所選用的材料是 6061 鋁合金。 6061 鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，并形成 Mg2Si 相。有時(shí)還添加少量的銅和鋅，以提高合金的強(qiáng)度，而又不使其抗腐蝕性明顯下降；導(dǎo)電材料中還有少量的銅，以抵消鈦及鐵對導(dǎo)電性的不良影響；鋯或鈦能細(xì)化晶粒與控制再結(jié)晶組織；為了能改善可切削性能，可加入鉛與鉍。在 Mg2Si 固溶于鋁中，使合金有人工時(shí)效硬化功能。分析題目，收集資料 借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)方案 HQJ-500 節(jié)油車總體布局設(shè)計(jì) 節(jié)油車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用 ANSYSY 軟件對其進(jìn)行優(yōu)化 對車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 完成裝配圖、零件圖 完成設(shè)計(jì)說明書 NO YES 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 6061 鋁合金中的主要合金 元素為鎂和硅，具有中等強(qiáng)度、；良好的抗腐蝕性、可焊接性，氧化效果較好。美鋁 6061-T651 是 6 系合金的主要合金，是經(jīng)熱處理預(yù)拉伸工藝的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品；美鋁 6061 具有加工性能極佳、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、上色容易、氧化效果極佳等優(yōu)良特點(diǎn)。 主要用途：廣泛應(yīng)用于要求有一定強(qiáng)度和抗腐蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如制造卡車。塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛。 2.2 節(jié)油車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，確定了人的腿的長度的精確范圍，從而確定了置腳橫梁到前橋橫梁的縱向距離；根據(jù)駕駛員的前腳掌的活動(dòng)范圍確定了 置腳橫梁到錢保險(xiǎn)杠的縱向長度；根據(jù)駕駛員與臀部座椅的接觸范圍，確定了車架前橋橫梁到座椅橫梁前端的縱向距離；根據(jù)駕駛員的上身的長度 (以及根據(jù)駕駛員駕駛姿勢的修正 )可以確定座椅各梁在縱向的相對長度；根據(jù)駕駛員橫向的寬度可以確定座椅的梁的橫向?qū)挾龋桓鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的極限高度確定座椅立梁的極限高度；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)長寬高的尺寸確定了車架座椅后縱梁距離發(fā)動(dòng)機(jī)固定橫梁的距離；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)打孔位置來確定支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)固定橫梁的相對位置；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的高度來確定高架輔助縱梁的最低極限位置；根據(jù)選用車輪的直徑的大小和節(jié)能車大賽規(guī)定的最小離 地間隙來確定后橋縱梁距離車架最下端的相對高度；根據(jù)車輪半徑確定車架后橋縱梁的長度；根據(jù)駕駛員的極限視野（水平方向或豎直方向）來確定前橋上橫梁相對車架最下端的高度。 2.3 節(jié)油車的總體布局 現(xiàn)在市面上的汽車的車輪數(shù)一般都大于 3，但是為了簡化結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，進(jìn)一步減少車重，減少車速器等裝置 5。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪直接通過鏈條和驅(qū)動(dòng)車輪(后輪 )上的從動(dòng)齒輪相連并進(jìn)行動(dòng)力傳遞，所以本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的三個(gè)車架都是僅適用于前兩輪后一輪的節(jié)油車型。 根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的要求，對車手的體型和坐姿定下整車的初步初步控制尺寸進(jìn)行各項(xiàng)數(shù) 據(jù)的測量，并在 PRO/E 中建模，確立了車架的寬度長度、車身高度等。車架的寬度一般能滿足車手乘坐要求，并能安裝排線（剎車線、油門線、電線），車身安裝即可，盡量取小。這樣，在保證車架用料少的同時(shí)，也利于車身設(shè)計(jì)的流線型。車身高度盡量低矮，一般可以取發(fā)動(dòng)機(jī)豎直放置時(shí)的最高點(diǎn)，這個(gè)高度車手躺下時(shí)的視野一般是可以保證的。底盤高度要保證有盡量大的離地間隙，同時(shí)又不能使重心過高，以免高速轉(zhuǎn)彎時(shí)翻車。輪距軸距不及考慮太多，但要滿足大賽要求，軸距輪距的計(jì)算、前后載荷分配等是為了保證有足夠的地面附著力。我們節(jié)能車驅(qū)動(dòng)力還沒有能 大到可下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 以超過地面附著力的程度。所以只要保證不干涉即可（驅(qū)動(dòng)力的大小取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的改造，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩過大時(shí)才要考慮此因素）。三個(gè)車架的總布置尺寸： 1、方案一 總長 2997mm,總高 1057 mm，車架最寬 907mm，軸距 1861mm，輪距 800mm ，采用后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)向操作方法為握把手動(dòng)式，最大轉(zhuǎn)向角 20 度，駕駛員采用半躺坐姿駕駛，視線角度上下為 90 度，左右為 120 度，接近角為 8 度。駕駛員選用體型較小的 40kg 重、身高在 1550mm 左右的女駕駛員。（圖 2.1） 圖 2.1 方案一主、 側(cè)視圖 2、方案二 總長 2997mm,總高 1057mm ，車架最寬 907mm， 軸距 1861mm ，輪距 800mm ，采用后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)向操作方法為握把手動(dòng)式，最大轉(zhuǎn)向角 20 度，駕駛員采用半躺坐姿駕駛，視線角度上下為 90 度，左右為 120 度，接近角為 8 度。駕駛員選用體型較小的 40kg 重、身高在 1550mm 左右的女駕駛員。（圖 2.2） 圖 2.2 方案二主、側(cè)視圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 3、方案三 總長 2710mm,總高 1057 mm，車架最寬 907mm，軸距 1880mm ，輪距 800mm ，采用后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū) 動(dòng)。轉(zhuǎn)向操作方法為握把手動(dòng)式，最大轉(zhuǎn)向角 20 度，駕駛員采用半躺坐姿駕駛，視線角度上下為 90 度，左右為 120 度，接近角為 8 度。駕駛員選用體型較小的 40kg 重、身高在 1550mm 左右的女駕駛員。（圖 2.3） 圖 2.3 方案三主、側(cè)視圖 2.4 節(jié)油車車架整體質(zhì)心位置的確定 本設(shè)計(jì)需要對節(jié)油車的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。節(jié)油車的靜態(tài)穩(wěn)定性分析，首先應(yīng)該計(jì)算出整車的質(zhì)心位置 6。當(dāng)總體布置完畢后既可以對該車的質(zhì)心位置進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算時(shí)刻用計(jì)算方法來確定專用車各總成的質(zhì)量及其質(zhì)心位置坐標(biāo)，然后按照力矩平衡方程式，求出整車的 質(zhì)心位置。計(jì)算公式如下： iniiimxma 1 (2.1) iniiimzmc 1 (2.2) iniiig mymh 1 (2.3) aLb (2.4) 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 式中：im第 i個(gè)總成的質(zhì)量， kg； ix第 i個(gè)總成的質(zhì)心到前軸中心的水平距離， m； iy第 i個(gè)總成的質(zhì)心距地面的距離， m； iz第 i 總成的質(zhì)心距該車縱向?qū)ΨQ面的距離， m； gh整車質(zhì)心距離地面的高度， m； a 整車質(zhì)心距前軸中心 的水平距離， m； b 整車質(zhì)心距后軸中心的水平距離， m； c 整車質(zhì)心距該個(gè)縱向?qū)ΨQ面的距離， m； L 軸距， m。 1、方案一的質(zhì)心求解過程 205.7402010985.7690402221 xmxmainiii 533.6 mm 205.740201 221iniiimzmc 36.1mm 205.7405.725020281403051iniiig mymh 291.8mm 6.5331861aLb 1327.4mm 圖 2.4 方案一主視圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 2.5 方案一左視圖 2、方案二的質(zhì)心求解過程 圖 2.6 方案二 主視圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 2.7 方案二左視圖 206.6402011026.6647402051 xmxmainiii 518.2mm 206.640201 261iniiimzmc 35.8mm 206.6406.623720295402601iniiig mymh 268.2mm 2.5181861aLb 1342.8mm 3、方案三的質(zhì)心求解過程 圖 2.8 方案三主視圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 2.9 方案三左視圖 209.6402012259.6655402051 xmxmainiii 556.3mm 209.640201 651iniiimzmc 49.3mm 209.6409.625020335403101iniiig mymh 311.3mm 3.5 5 61 8 8 0aLb 1323.7mm 2.5 本章小結(jié) 本章先對三種不同結(jié)構(gòu)的車架分別做了總體布置，確定了車的總長、總寬、軸距、輪距、接近角，以及對駕駛員的要求和前方視角等，然后又對三種不同布置的節(jié)油車進(jìn)一步確定質(zhì)心的位置。通過分析比較可以初步看出方案二車架質(zhì)量最輕，重心高度最低， c 值最小。進(jìn)而可知方案二行駛的穩(wěn)定性相對較好，車架成本相對較低。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 第 3章 基于 PRO/E 的模型的構(gòu)建 3.1 Pro/E軟件簡介 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。 1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER2000i2。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。 Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 主要特性 全相關(guān)性 ： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員 來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了 Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本 結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “ 嚙合 ” 、 “ 插入 ” 、 “ 對齊 ” 等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易使用 7。 3.2 三維模型的構(gòu)建 利用 PRO/E 軟件構(gòu)建三個(gè)車架的模型，主要應(yīng)用了拉伸操作、構(gòu)建基準(zhǔn)面等基本操作。 3.2.1 節(jié)油車車架方案一模型 1、建模流程如下： （ 1）方案一手繪三維圖。 圖 3.1 方案一手繪草圖 （ 2）用 PRO/E 建模，用多步拉伸命令，創(chuàng)建車架底板模型。 圖 3.2 車架一模型創(chuàng)建過程截圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 （ 3）用 PRO/E 建模，用多步拉伸命令，進(jìn)一步創(chuàng)建車架前橋和前板斜拉梁。 圖 3.3 車架一模型創(chuàng)建過程截圖 （ 4）用 PRO/E 建模，用多步拉伸命令，進(jìn)一步創(chuàng)建車架靠椅梁及后橋立梁。 圖 3.4 車架一模型創(chuàng)建過程截圖 （ 5）車架方案一建模完成。 圖 3.5 車架一模型創(chuàng)建過程截圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 2、車架模型特點(diǎn) 為了有效加強(qiáng)駕駛員后部、后橋前部這一部分縱梁的剛度，在上部增加了輔助縱梁，但為了使發(fā)動(dòng)機(jī) 便于布置，需要使得該輔助縱梁和主縱梁的高度大于 450mm。（為了便于施加約束和載荷，前橋和發(fā)動(dòng)機(jī)固定座的相應(yīng)位置出制作出了薄凸臺。）以下是反映該模型特點(diǎn)的截圖： （ 1）車架前底版拉伸出薄凸臺。 圖 3.6 方便加載建模過程截圖 （ 2）斜拉下的前底板面創(chuàng)建凸臺。 圖 3.7 方便加載建模過程截圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 （ 3）座椅下底板面創(chuàng)建凸臺。 圖 3.8 方便加載建模過程截圖 （ 4）前橋制造為方便施加約束的凸臺。 圖 3.9 方便加約