[CAD圖紙全套]HQF-600型FSAE一級方程式賽車車架優(yōu)化設(shè)計

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 目 錄 摘要 第 1 章 緒論 1 究的目的和意義 1 究的背景 2 車車架國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 2 要設(shè)計內(nèi)容及技術(shù)路線 3 第 2 章 賽車車架的設(shè)計 5 架的概述 5 架的結(jié)構(gòu)形式 5 車車架的介紹 9 架的設(shè)計 8 10 11 架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 料的選擇 14 車質(zhì)心的確定與受力分析 15 章小結(jié) 17 第 3 章 車架三維模型的建立 18 軟件的介紹 18 維模型的建立 19 架方案一的模型建立 19 架方案二的模型建立 21 架方案三的模型建立 23 章小結(jié) 25 第 4 章 車架有限元分析 26 26 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 接口建立 28 架結(jié)構(gòu)靜力分析 31 31 格的劃分與施加載荷約束 32 架結(jié)構(gòu)靜力分析 35 車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 38 優(yōu)化后的車架進(jìn)行側(cè)翻安全分析 40 優(yōu)化后的車架進(jìn)行碰撞模擬分析 42 優(yōu)化后的車架進(jìn)行模態(tài)分析 43 章小結(jié) 47 結(jié)論 48 參考文獻(xiàn) 49 致謝 50 摘 要 事 1980 年在美國舉辦第一次比賽，現(xiàn)在已經(jīng)是為汽車工程學(xué)會 的學(xué)生成員舉辦的一項國際賽事，其目的是設(shè)計、制造一輛小型的高性能方程式賽車，并使用這輛自行設(shè)計和制造的賽車參加比賽。出于此項比賽的宗旨是讓學(xué)生針對業(yè)余高速穿障的車手開發(fā)制造一個原型車，該原行車應(yīng)該具備有可小批量生產(chǎn)的能力，并且原型車的造價要低于 25,000 美元。這項競賽包含有 3個最主要的基本元素，分別是：工程設(shè)計、成本控制以及靜態(tài)評估 ,單獨的動態(tài)性能測試 ,高性能的耐久性測試 事的主要參與者通常都是來自高校的學(xué)生組成的車隊?，F(xiàn)在在美國、歐洲和澳大利亞每年都會舉辦 賽。 年輕的工程師們提供了一個參與有意義的綜合項目的機會。為了促進(jìn)民族汽車工業(yè)的發(fā)展，中國于 2010年開始舉辦此賽事。本次設(shè)計正因此而展開，本次設(shè)計主要是從車架的結(jié)構(gòu)入手，為了讓車架達(dá)到比賽所用賽車的剛度和強度進(jìn)行設(shè)計和分析，本設(shè)計對整車做了總體布置，確定重心的位置。然后將自己設(shè)計出的三個不同結(jié)構(gòu)的車架運用 后將三黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 車架導(dǎo)入 過比較得到優(yōu)化結(jié)果，將優(yōu)化的車架進(jìn)行模態(tài)分析。由于車架看是簡單實際上是比較復(fù)雜的， 通過且縮短了設(shè)計的周期。通過本次優(yōu)化設(shè)計使中國 時通過比賽可以通過很多數(shù)據(jù)為民族汽車工業(yè)能提供很多重要的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步使民族汽車的更安全和實用。 關(guān)鍵詞 ：車架；結(jié)構(gòu)；靜態(tài)分析；模態(tài)分析；優(yōu)化設(shè)計 980 in in is of an of is to to of a to 5,000 a AE a of in an AE In to 010 to is to is of in to 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 IV s of a of of of by of is a to is to by is to be a of by 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 第 1 章 緒 論 究的目的和意義 (1)通過此次畢業(yè)設(shè)計能 為 填補學(xué)校在這方面的空白之處，也能為學(xué)校組建 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 （ 2）通過專業(yè)綜合訓(xùn)練，綜合運用汽車設(shè)計課程和其他相關(guān)的理論與實際知識，掌握汽車設(shè)計的一般規(guī)律，學(xué)習(xí)正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)分析和解決實際問題能力。 （ 3）通過汽車設(shè)計專業(yè)綜合訓(xùn)練，使自己掌握運用標(biāo)準(zhǔn)，手冊和查閱相關(guān)資料的能力，培養(yǎng)專業(yè)的設(shè)計能力。 （ 4）讓自己學(xué)會從工程一線的角度出發(fā)，合理選擇各總成的結(jié)構(gòu)類型，制定設(shè)計方案，正確的分析，計算，校核，并考慮制造工藝，經(jīng)濟，使用，維修等問題，培養(yǎng)汽車 設(shè)計的能力。 （ 5）汽車作為交通工具之一，已經(jīng)成為人們生活不可缺失的生活工具，在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，汽車工業(yè)也得到了很好的發(fā)展。所以生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)輕 、性能好、質(zhì)量高、安全可靠的汽車非常重要的意義。 （ 6）通過此次研究 為車的安全性、動力性等有著至關(guān)重要的聯(lián)系，在生活中的汽車很多的性能數(shù)據(jù)都是通過各種各樣的賽車比賽中體現(xiàn)出來的。 （ 7）為汽車事業(yè)培養(yǎng)出有用的人才。 （ 8）由于中國有 2010年才開始舉辦 之中國汽車制造業(yè)起步晚于發(fā)達(dá)國家，所以此次車架的研 究設(shè)計對中國大學(xué)方程式賽車的設(shè)計有著突破性的意義。 究的背景 事由美國汽車工程師協(xié)會（ 稱 辦。 一個擁有超過 60000 名會員的世界性的工程協(xié)會，致力與海、陸、空各類交通工具的發(fā)展進(jìn)步。 一項面對美國汽車工程師學(xué)會學(xué)生會員組隊參與的國際賽事，于 1980 年在美國舉辦了第一屆賽事。比賽的目的是設(shè)計、制造一輛小型的高性能賽車。目前美國、歐洲和澳大利亞每年都會定期舉辦 該項賽事。比賽由三個主要部分組成：工程設(shè)計、成本以及靜態(tài)評比；多項單獨的性能試驗；高性能耐久性測試。 展的初衷是想創(chuàng)立一個小型的道路賽車比賽，而現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個擁有大約 20 競賽因素的大型比賽，參與者包括賽車和車 年輕的工程師們提供了一個參與有意義的綜合項目的機會。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計、采購設(shè)備、材料、部件以及制造和測試。 在傳統(tǒng)教室學(xué)習(xí)中的學(xué)生提供了一個現(xiàn)實的工程經(jīng)歷。 員在這個過程中將會經(jīng)受考驗，面對挑戰(zhàn)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和實踐能力。出于此項比賽的宗旨，參賽學(xué)生們是被一個假象的制造公司雇傭，讓他們制造一輛原型車，用于量產(chǎn)前的各項評估。目標(biāo)市場就是那些會在周末去參加高速黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 穿障比賽（ 非專業(yè)車手。因此，這些賽車在加速、制動、和操控性方面要有非常好的表現(xiàn)。它們要造價低廉、便于維修并且足夠可靠。另外，這些賽車的市場競爭力會因為一些附加因素，比如美觀、舒適性和零件的兼容性而得到提升。制造公司日產(chǎn)能力要達(dá)到 4 輛，并且原型車的造價要低于 25,000 美元。對于設(shè)計團隊來說，挑戰(zhàn)在于要在一定的時間和一定的資金限制下，設(shè)計和制造出最能滿足這些目的的原型車。每一項設(shè)計將會與其他的設(shè)計一起參與比較和評估從而決出最佳整車。 車車架國內(nèi)外的現(xiàn)狀 （ 1）國外當(dāng)今有三個地區(qū)有 學(xué)生競賽，即美國、歐洲澳洲。 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。 名稱沿襲了著名的墨西哥 000 汽車比賽。第一屆 賽于 1976 年舉辦，并且迅速成為一個地區(qū)性的年度比賽。比 賽由三個評判標(biāo)準(zhǔn)組成，即一天的靜態(tài)比賽 設(shè)計、成本、陳述 接著一天是各自的性能競賽 2項目。 賽重點強調(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，這一點無法改變。在過去的 20 多年里， 成功超乎了每個人的預(yù)期。在 成功獲得各界認(rèn)同的同時， 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 比 著許多進(jìn)步和發(fā)展，引擎的限制 也已經(jīng)大大放寬，允許參賽車隊使用 610下的發(fā)動機，這極大地提升了賽車的性能表現(xiàn)。在發(fā)達(dá)國家，很多高校已經(jīng)從事 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 加速時間一般都在 內(nèi)。從原先在賽中的 8動機到現(xiàn)今 已經(jīng)超過 100大功率發(fā)動機， 多方面都取得了驚人的成績，并且該項比賽一直保 持了發(fā)展的態(tài)勢。 （ 2）國內(nèi)上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院于 2006 年率先開始致力于 程式賽車的開發(fā)研制。上海交通大學(xué) 隊在 2007 年研制出的 車是中國大陸第一輛 車，之后又在 2008 年完成了第二輛 賽賽車的設(shè)計和制造，并于同年 6 月參加了位于美國加州賽，最終獲最佳新秀車隊獎。湖南大學(xué)汽車學(xué)院也在國外獲得過一定 的成績。這也是到目前位置中國高校在該項賽事中獲得的最好成績。 2010年中國也舉辦了第一屆 個高校雖然在國內(nèi)都取得一定的成績，但是賽車的性能相對國外的比較還差得很遠(yuǎn)。賽車車架的設(shè)計又是賽車非常重要的設(shè)計，車架對賽車來說固定各個零部件的同時還得在發(fā)生危險的時候保護車手的安黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 全，這些國內(nèi)還有很多的距離要去追趕。 要設(shè)計內(nèi)容及技術(shù)路線 主要設(shè)計內(nèi)容： （ 1） 研究應(yīng)用有限元、靜態(tài)分析以及所有軟件基礎(chǔ)。 （ 2） 車架設(shè)計方法以及設(shè)計步驟的研究。 （ 3） 以收集的資料車架為參考設(shè)計出三種不同結(jié)構(gòu)的車架。 （ 4） 研究 自己設(shè)計出來的三種不同結(jié)構(gòu)的車架運用 析軟件。 （ 5） 運用 過分析結(jié)果得到優(yōu)化車架。優(yōu)化設(shè)計后進(jìn)行模態(tài)分析與車架側(cè)翻的安全分析 （ 6） 車車架屬于非承載式車身，它是整車的安裝基礎(chǔ)，所以對整車的總體布置也是屬于研究范圍。 技術(shù)路線： 調(diào)研并收集 車車架資料 對賽車車架進(jìn)行總體布置 運用 e 建立初步的模型 有限元模型的建立 對車架進(jìn)行 有限元分析 N 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 第 2 章 車車架的設(shè)計 架的概述 車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以下的客車、中高級和高級轎車所采用，支承著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所用簧上質(zhì)量的有關(guān)機件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最??；車架也應(yīng)有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重的變形和開裂。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機件的可靠性下降。貨車車架的最大彎曲撓度通常應(yīng)小 于10車架扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過大，否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪對 車架定型 總圖設(shè)計出圖 完成設(shè)計和設(shè)計說明書 Y 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 胎的接地性變差，使通過性變壞。通常在使用中其軸間扭角約為 1/m 。在保證強度、剛度的前提下車架的自身質(zhì)量應(yīng)該盡可能減小，以減小車身質(zhì)量。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。此外，車架設(shè)計時還應(yīng)考慮車型系列化及改裝車等方面的要求。 架的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點，車架可分為以下幾種結(jié)構(gòu)型式： 1、周邊式車架 周邊式車架用于中級以上的轎車。如圖 a） 所示，在俯視圖上車架的中部寬、兩端窄。中部寬度取決于車 身門檻梁的內(nèi)壁寬；前端寬度取決于前輪距及前輪最大轉(zhuǎn)角；后端寬度則有后輪距確定。左右相關(guān)縱梁由橫梁連接。其最大特點是前后兩段縱梁系經(jīng)所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。前緩沖臂位于車廂前圍板下部傾斜踏板前方；后緩沖臂位于后座下方。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形，可吸收來自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。此外，車架中部加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又減短了車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長度。在側(cè)視圖上，與其他型式的轎車車架類似，在前方車輪處縱梁向上彎曲以讓出前后獨立懸架或非斷開式后橋的運動空間。采用這種車 架時車身地板上的傳動軸通道所形成的鼓包不大，但門檻較寬，見圖 a）。 2、 如圖 b）所示，這種車架為一些轎車所采用。車架的中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯視圖上的 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 （ a）周邊式車架；（ b） c）梯形車架 圖 車車架 前端的叉形梁用于支承動力 后端則用于安裝后橋。傳動軸經(jīng)中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強前、 后懸架的支承。管梁部分位于后座乘客的腳下位置 且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè)的車身地板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大，見圖 b），雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的強度和剛度。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 3、梯形車架 梯形車架又稱邊梁式車架，是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時，各部分同時產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛的采用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。用于轎車的梯形車架，見圖 c），為了降低地板高度，可局部減小縱梁及橫梁的斷面高度并相應(yīng)地加大其寬度，但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時為高，當(dāng)然地板上的傳動軸通道鼓包也就不大了，見圖 c）。 如果也包括固定車身的支架，則上述三種轎車車架的自身質(zhì)量差別不大。無論哪一種轎車車架，在前、后橋處均要求有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，為此，相關(guān)的縱、橫梁可采用封閉式斷面，這種封閉式斷面可由相配的一對且以垂向面為開口的沖壓成型的槽型梁相互插入并用電弧焊焊接而成。對于不承受扭矩的車架元件、用于固定動力總成的橫梁以及車架兩端位于 基本橫梁以外的縱梁，均采用沖壓成型且具有開口的槽型斷面。 載貨汽車的梯形車架如圖 示，由兩根相互平行且開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長不變或局部降低，而兩端的下表面則可根據(jù)應(yīng)力情況，適當(dāng)?shù)叵蛏鲜湛s。既縱梁中部相當(dāng)長的范圍內(nèi)具有最大高度和寬度，而兩端可根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)的縮小。車架寬度多為全長等寬。車架寬度的標(biāo)準(zhǔn)化有利于產(chǎn)品的三化，例如可使車架橫梁、前后橋及駕駛室、貨箱等進(jìn)行互換。車架等寬也簡化了縱梁的沖壓工藝且在縱梁上不會產(chǎn)生附加扭矩。有時根據(jù)設(shè) 計要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫涑叽缗c限定的汽車 輪廓寬 架的長度大致接近整車長度，約為軸距的 4、脊梁式車架 如圖 示脊梁式車技由一根位于汽車左右對稱中心的大斷面管形梁和某些懸伸托架構(gòu)成，猶如一根脊梁。管梁將動力 動軸從其中間通過，故采用這種結(jié)構(gòu)時驅(qū)動橋必須是斷開式的并與獨立懸架相匹配。與其他類型的車架比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。容許車輪有較大的跳動空間，使汽車有較好的平順性和通過性。但車架的制造工藝復(fù)雜，維修不便，僅用于某些平順性、通過 性要求較高的汽車上。 5、綜合式車架 系綜合上述脊梁式和邊梁式兩種型式而成，如圖 示。這時，主減速器與脊梁相固定，該驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式的且獨立懸架相匹配。其實，圖 b）所示的 X 形車架也應(yīng)歸于這一類型，但該車架可與非斷開式驅(qū)動橋及非獨立懸架相匹配。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 （ a） 采用周邊式車架時； （ b） 采用 X 形車架時； （ c） 采用梯形車架時 圖 用不同車架時的車身底板 圖 貨汽車的梯形車架 圖 有脊梁式車架的汽車底盤 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 圖 合式車架 車車架的介紹 賽車一般分為兩類： 1、 單體式（ 車架是由復(fù)合材料一體成形的殼體，質(zhì)輕而堅硬，尺寸也非常精確， 然性能優(yōu)異但是造價高昂，在國內(nèi)也非常難找到能制造高溫真空碳纖件的工廠，故暫時未被國內(nèi)車隊采用。 2、 空間衍架結(jié)構(gòu)（ 一種十分傳統(tǒng)也是在業(yè)余比賽中最為常見的車架。它十分受歡迎的原因是設(shè)計制造都很簡單便宜。制造它所需要的工具僅僅是鋸子、量具和焊槍。相對于單體式車身它的另一個優(yōu)勢在于發(fā)生碰撞后可以很容易的檢修。 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。 限制條件：經(jīng)費有限，加工廠家少，最終效果難以保證 空間車架： 有車隊采用混合結(jié)構(gòu)，即坐艙部分為單體式，而前后懸和發(fā)動機艙用管件搭成。在目前 以承受全車載荷，并且是所有部件的安裝基礎(chǔ)。屬于最基本的車架類型。因為 體殼車身兩種，綜合考慮制造、造價和性能因素后選用此種車架結(jié)構(gòu) 形式。 接或高強度粘接加工而成。 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 限制條件：結(jié)構(gòu)設(shè)計，加工工藝水平 架的設(shè)計 通過各種對國內(nèi)為車架的借鑒對車架進(jìn)行設(shè)計，通過車架的設(shè)計來完成本次設(shè)計黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 的初步內(nèi)容。 首先是對國內(nèi)外車架的的借鑒。（如圖 圖 圖 考車架 1 圖 考車架 2 同時根據(jù)人機 工程學(xué)，選用 95百分位身高的人做參考對車架進(jìn)行設(shè)計，他對車架黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 的前艙尺寸有著非常重要的意義。發(fā)動機的外觀尺寸參考 圖 圖 動機外形尺寸圖 賽車的總體布置是根據(jù)以上參考進(jìn)行的，最后對車架進(jìn)行了總體的布置（ 圖 車總體布置圖 總體布置是由發(fā)動機前置前驅(qū)與發(fā)動機后置后驅(qū)所選擇，最終選用發(fā)動機后置后黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 驅(qū)的原因有以下幾點： （ 1） 如果選用發(fā)動機前置前驅(qū)使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，總體布置工 作較為困難，維修與保養(yǎng)時的接近性變差。 （ 2）選擇后置后驅(qū)時，驅(qū)動可以選擇 其結(jié)構(gòu)簡單化，自然整車的制造成本降低，比賽在制造成本也會得到好的比賽分?jǐn)?shù)。 （ 3）后置后驅(qū)的方式改善了賽車駕駛員的視野，讓駕駛員更能觀察比賽的情況同時做出相應(yīng)的調(diào)整。 （ 4）在特殊賽段有上坡比賽時候后置后驅(qū)驅(qū)動輪上的附著力增加爬坡能力提高的優(yōu)點。 架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 車架作為自制部件中最重的部分 ， 首先需要考慮的是車內(nèi)物體的安放空間。車內(nèi)體積最大的是車手、發(fā)動機和傳動系統(tǒng)，放置好后就能圍繞它們布置管件，勾勒出賽車 的輪廓。 同時在規(guī)則中有很多是專門保證車架乘坐空間和車身強度的，諸如座艙的俯視有效面積、腿部空間、一定坐姿下頭部離主環(huán)前環(huán)連線的距離，以及管件的截面最小尺寸，側(cè)防撞結(jié)構(gòu)，前隔板、前環(huán)、主環(huán)的支撐結(jié)構(gòu)等等。根據(jù)這些多如牛毛的規(guī)定調(diào)整和細(xì)化前面的框架，可以初步滿足結(jié)構(gòu)需要。 通過設(shè)計本次共設(shè)計出三種不同結(jié)構(gòu)的車架。 方案一（如圖 圖 架方案一圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 特點： （ 1）此車架長寬高 2300 2）此車架通過邊梁式車架衍生而來，底部由直鋼管焊接而成。 （ 3）車架主環(huán)梯形的 設(shè)計方案，是主環(huán)加工簡單。 （ 4）發(fā)動機由車架 2根縱梁連接，是發(fā)動機固定在車架上更簡單。 方案二（如圖 圖 架方案二圖 特點： （ 1）車架長寬高 2410 2）車架底座與發(fā)動機艙和前環(huán)成一定的角度，使整車的重心下降。 （ 3）發(fā)動機是通過幾根固定拉桿焊機在車架的主環(huán)上連接的，相對而言這種結(jié) 構(gòu)的車架發(fā)動機固定困難，且由于空間的緣故維修起來也比較麻煩。 （ 4）主環(huán)頂部采用圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓車架的有一定的流線美觀的同時也為賽車 側(cè)翻起保護作用。 （ 5）車加的側(cè)面 防撞桿通過 2跟斜拉桿分別與前環(huán)主環(huán)焊接而成。 方案三（如圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 圖 架方案三圖 特點： （ 1）車架長寬高 2410 2）車架發(fā)動機艙與座位底艙平行，前環(huán)與座位底艙成一定角度，是人的重心 和發(fā)動機重心降低。 （ 3）車架發(fā)動機也是通過 2根縱梁連接，去掉發(fā)動機艙 2跟橫向拉桿，是發(fā)動機 艙空間更大。 （ 4）該車架同時也省略了前環(huán)與側(cè)防撞桿的連接，使其結(jié)構(gòu)強度降低但降低了 車架的質(zhì)量。 料的選擇 造在幾何設(shè)計的同時，需要選擇合適的車架材料。目前多采用低碳鋼及合金鋼，鋁合金和復(fù)合材料也有車隊采用。大賽規(guī)則對材料的限制，例如鋁合金的壁厚須在 3選擇材料首先要考慮的問題。對材料不僅僅要考慮它的強度和密度，同樣重要的是材料的穩(wěn)定性、加工焊接工藝要求、能否獲得、價格等因素。不同部位可以選擇不同的材料和管型，以在受力能保證的前提下降低成本。但是整個車架材料和管徑不宜過多，這會導(dǎo)致采購的困難，反而增加了成本。 如果選用低碳鋼就得根據(jù)中國 2010表 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 表 架鋼管直徑 部件或用途 外徑與壁厚 主環(huán)和前環(huán) 防撞結(jié)構(gòu)、前隔板 防滾架支撐 隔板支撐 后我選擇的材料為 楊氏模量為 a，泊松比 服極限 235了使車架加工方便和降低成本，在符合要求的前提 下我全部選用直徑為 車質(zhì)心的確定與受力分析 (1)求出整車的質(zhì)心位置 （ （ （ a 整車質(zhì)心之前軸中的心的水平距離 b 整車質(zhì)心至后軸中心的水平距離 L 軸距 車架坐標(biāo)： x=650 y=300 人的坐標(biāo)： x=600 y=300 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 發(fā)動機坐標(biāo)： x=1180 y=210 m 車架 10493003030055a 897833 L 10493003030055h g 所以整車質(zhì)心為 x=897 y=267 座位用 U 型螺栓連接，并且 U 型螺栓與車架進(jìn)行焊接。其焊接且最終受力于車架邊梁 (2)受力分析 由于在 面載荷就得將牛頓轉(zhuǎn)化為帕斯卡，所以分別對加載載荷進(jìn)行計算： 壓強公式椅對車架橫梁的壓強： 0 29 31025546 550 6 座椅靠背對車架主環(huán)橫梁壓強： 8 9 055t a 發(fā)動機對車架縱梁的壓強： 4 0 0 010257 0 02 4 5 6 車架側(cè)翻時主環(huán)所受的力計算： 21 F 指賽車側(cè)翻時主環(huán)所承受的力 t 當(dāng)發(fā)生側(cè)翻時候有最高車速變?yōu)?0車速的時間，根據(jù)經(jīng)驗值選用 m 賽車的整備質(zhì)量約為 200kg 賽車的最高速度約為 150km/h 賽車車速變?yōu)?O 時表示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 所以 Nt 6 20 004121 章小結(jié) 本章對車架進(jìn)行了介紹，提供車架的設(shè)計參考。對 且對賽車車架進(jìn)行了三種不同結(jié)構(gòu)的設(shè)計，還對車架的材料如何選擇規(guī)定進(jìn)行了介紹，同時對車架的材料進(jìn)行了選擇，最后對整車的質(zhì)心進(jìn)行了確定和受理分析。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 第 3 章 車架模型的建立 ro/e 軟件的介紹 1985年， 始參數(shù)化建模軟件的研究。 1988年， 過 10余年的發(fā)展， 前已經(jīng)發(fā)布了 系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的多項功能，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。 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 特點及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 主要特性 全相關(guān)性： 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，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(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： 些特征是一些普通的機械對象，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)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(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進(jìn)行的各項工作，由于使用了 而使之成為可能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 裝配管理： 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，同時保持設(shè)計意圖。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。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用 維模型的建立 通過運用 描，拉伸的功能將三個車架的模型分別建立出來。 架方案一的模型建立 . 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位（如圖 圖 建零件圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型（如圖 圖 架一線形的建立圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案一的模型建立（如圖 圖 架一的模型圖 架方案二的模型建立 首先新建零 件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位（如圖 圖 建零件圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 圖 擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型（如圖 圖 架二線形的建立圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案二的模型建立（如圖 圖 架二的模型圖 架方案三的模型建立 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位（如圖 圖 建零件圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 圖 擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架 的線型（如圖 圖 架三線形的建立圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案二的模型建立（如圖 圖 架三的模型圖 章小結(jié) 本章主要對 件進(jìn)行了介紹，同時運用 件對自己設(shè)計的三種不同結(jié)構(gòu)的車架完成了建模，為導(dǎo)入 件進(jìn)行有限元分析做了前期非常重要的建模工作。同時也可以通過 模立體的觀察不同結(jié)構(gòu)的車架。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 第 4 章 車架有限元分析 件概述 有限元法是最近二三十年發(fā)展起來的一種有效的通 用計算方法，是借助于高速數(shù)字電子計算機解決問題的近似計算方法。它既包括有數(shù)學(xué)理論，又包括有程序設(shè)計技巧。它運用離散的概念使整個問題由整體連續(xù)到分段連續(xù)；整體解析轉(zhuǎn)化為分段解析，從而使數(shù)值法與解析法互相結(jié)合，互相滲透，形成一種新的數(shù)值計算方法。也就是論把整個求算域離散成為有限個分段 (子域 )，而每一分段內(nèi)運用變分法，即利用與原問題中微分方程相等價的變分原理來進(jìn)行推導(dǎo)，從而恢原問題的微分方程組退化到代數(shù)聯(lián)立方程紙使問題歸結(jié)為解線性方程組，出此得到數(shù)值解答。這種方法首先在固體力學(xué)范疇，而后在工程技術(shù)各個領(lǐng)域令得到了 廣泛的應(yīng)用。眾所局知，從數(shù)學(xué)角度來看，一個工程問題往往可以用一個偏微分方程來描述，但是常常很難求得精確的解析解 16。20 世紀(jì) 50 年代開始，隨著電子計算機的應(yīng)用，有限元法作為一種數(shù)值分析工具，借助于高速電子計算機的配合，使得以前這類難以處理的工程技術(shù)問題都可能獲得一 個近似的計算機解。因此，有限無法引起了工程師和科學(xué)家的極大興趣?，F(xiàn)在，它已經(jīng)被公認(rèn)是一種有效的數(shù)值計算方法，被廣泛應(yīng)用于固體