本田节能竞技赛车转向及传动系统设计【含3张CAD图】
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本田
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本田节能竞技赛车转向及传动系统设计【含3张CAD图】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
- 内容简介：
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充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 ， 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸I本田节能竞技车转向及传动系统设计摘 要随着人们生活水平的提高，能源节约、环境保护问题日趋严重，人们的关注程度也越来越高。本文以中国节能竞技车大赛为背景，以本校已有的竞技车为基础。同时整个设计在满足大赛要求的基础上，以省油为主要指导思想，减少竞技车复杂程度和轻量化。本次设计对竞技车的转向系、传动系和离合器进行改进设计。论文首先对竞技车的总体方案进行了确定。然后对转向机构进行设计，运用 CATIA 对其进行实体建模，同时利用 CATIA 的运动仿真对转向系进行了仿真模拟运动，验证了转向机构的合理性。通过对相关期刊的研读，通过其中大量的实车试验数据，确定了传动系传动方案为链传动，也确定了离合器的改进方案。关键词：转向系；传动系；离合器；CATIA 三维建模充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 ， 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸IIABSTRACTAs peoples living standards improve, energy conservation and environmental protection are becoming more and more serious, and people are becoming more and more concerned. Energy saving in China based on competitive car competition as the background, on the basis of our existing sports car.At the same time, the whole design is on the basis of satisfying the requirements of the competition, which is the main guiding principle of oil saving, reducing the complexity and light weight of the competitive vehicle.This design is designed to improve the steering, transmission and clutch of competitive vehicles.The paper first identified the overall scheme of competitive vehicles.And then to design of steering mechanism, using CATIA to entity modeling, at the same time, using CATIA movement simulation of steering system has carried on the simulation, the rationality of the steering mechanism was verified.Through the study of related journals, through which a large number of real vehicle test data, determine the drivetrain transmission scheme for the chain, also identified the improvement scheme of the clutch.Key Words：Write Criterion; Typeset Format; Dissertation；CATIA 3 d modeling充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 ， 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸I目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 课题研究背景及意义 .11.2 国内外发展概况及趋势 .21.3 课题的主要研究内容 .22 节能竞技车的总体设计方案确定 .42.1 总体布置方案的选择 .42.2 车架材料的确定 .62.3 车辆驱动方式的确定 .62.4 车辆转向形式的确定 .62.5 车辆车轮的选择 .82.6 车架参数的确定和计算 .82.7 各总成的相关计算 .122.8 整体参数的确定 .142.9 本章小结 .143 转向机构设计 .163.1 汽车转向梯形机构设计理论 .163.2 转向梯形参数确定 .183.3 转向阻力距计算 .193.4 转向装置的设计计算 .203.4 转向梯形的仿真 .203.5 本章小结 .214 传动系设计 .224.1 设计理论 .224.2 实际传动比的确定 .224.3 链传动的选取和设计计算 .234.4 本章小结 .245 离合器的设计 .255.1 离合器的重新设计和选择 .255.2 离合器需要传递扭矩的计算 .25充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 ， 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸II5.3 摩擦片参数与尺寸计算 .255.4 离合器弹簧与尺寸计算 .265.5 离合器其他参数与尺寸的选用 .275.6 设计小结 .276 结 论 .28参 考 文 献 .29附录 1：外文翻译 .30附录 2：外文原文 .34致 谢 .39本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 1 -1 绪论1.1 课题研究背景及意义本田节能竞技车大赛是将参赛团队设计制作的汽车在规定时间、规定路线下，行驶一定距离，并由此换算出一升油能够行驶的公里数，耗油量少则胜出的一项赛事。其中参赛车辆俊需搭载本田开发的 Honda 弯梁车 125cc 化油器低油耗发动机。Honda 节能竞技大赛于 1981 年在日本创办，至今已有 36 年的历史。比赛要求参赛车辆使用统一的发动机，发动机以外的车架和车身等完全由各车队自行创作，每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛谁消耗的燃油最少。由于有着极高的乐趣性和广泛的参与性，在日本，每年都有来自初中、高中和大学的学校代表队、企业代表队，以及来自社会上的共约 500 支车队，创作出具有新颖构思的和创意的赛车参加比赛。迄今为止创下最高的记录为 3435.325Km/h，相当于北京到重庆的直线往返距离。同时，这项比赛也逐渐向海外扩展。中国作为继日本泰国之后的第三个举办地，于 2006 年在上海举行了试行大赛，2007 年 11 月 11 日，第一届 Honda 中国节能竞技大赛在上海国际赛车场圆满举行。Honda 节能竞技大赛的目的是通过比赛提高社会的节能和环保意识，参赛车队通过各项独创技术不断发现一升汽油的无限潜能，从中体会节能的重要性。同时也提高了参赛选手的实践能力。节能、环保一直是 Honda 致力解决的重要课题之一。在产品领域，Honda 通过电池、混合动力、生物乙醇弹性燃料、清洁柴油等先进的节能、环保型产品时刻走在行业前列。在生产领域，Honda 在全球推行“绿色工厂，制定独自的企业目标，努力降低产品生产环节的能源消耗和污染物以及温室气体的排放。节能竞技大赛作为环保领域的社会活动之一今后将继续在中国举办，Honda 希望通过这项赛事，为节能环保做出贡献。在石油资源日益枯竭，全球石油储备急剧下降的背景下，我国汽车保有量却平均每年 12.07%的速度增加，我国对燃油的消费需求日益增长，很大一部分依赖进口。一方面，我国汽车节油技术的应用有限，燃油利用率较低；另一方面，机动车排放污染已经成为我国污染物的主要来源之一。因此，汽车节油环保问题日益突出，面对有限的石油资源和国家能源战略遇到的威胁与挑战，汽车节能环保技术已成为汽车设计领域的研发热点。节能竞技车与普通赛车的结构布局相似，由发动机、底盘和车身三大部分组成。发动机的改造无疑是各赛车队的重点，也是节能减排技术发展的主导性方向；底盘的本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 2 -设计关键在于减少摩擦损失和提高机械的传动效率；车身的设计重点在于减少重量和降低空气阻力系数。1.2 国内外发展概况及趋势动力传动系统即发动机一变速器一驱动桥一驱动轮系统,它是汽车重要组成部分。选择动力传动系统参数的方法有两种：一种是整车主要参数和传动系参数含轮胎确定后,选择合适的发动机；另一种是整车参数和发动机确定后,选择合适的传动系。能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在其理想工作区附近工作。这样不仅可以减少燃油消耗,减轻发动机磨损,提高发动机的使用寿命,而且可以取得良好的排放效果。在实际设计中,要想通过转向机构使所有车轮在每一个转向角度都能绕同一个瞬心转动是无法实现的。通常的做法是依靠经验公式来设计。在研究中,则采用优化算法,建立目标函数,求解出最优值。众多的优化研究方法都认为,对于特定转向机构,可以将整个系统拆分成几个小系统来考虑,即每一个转向桥均可由一个转向梯形机构来保证左右转向轮按转向规律偏转,而两前桥之间的运动协调关系则需要根据具体情况设计摇臂机构来加以保证,通常研究者认为,梯形机构是无须进行优化的,左右车轮的关系完全可以由独立设计的梯形机构来实现。主要影响多轴转向特性的是摇臂机构。因此大多数转向机构的研究将摇臂机构作为优化设计研究的重点,并根据优化理论编写了许多有效的计算软件。在未来，节能竞技车的发展从结构上来说，必然是减小汽车在行驶过程中的自身消耗,通过以下途径可以来实现：减少行驶阻力,通过改进车身造型、改善车身结构来减少空气阻力通过改进轮胎结构减少滚动阻力；底盘轻量化,采用新型轻质材料,通过可靠性设计技术使整车轻量化,使各总成部件、附件紧凑；提高驱动效率,采用自动或无级变速系统,减少轴承和齿轮的摩擦损失,提高传动系统的传动效率。1.3 课题的主要研究内容 首先在以往参赛赛车的基础上对转向系进行各关键部件进行改进设计，然后根据大赛要求和发动机的各项参数对传动系的各关键部件进行改进设计，最后设计匹配发动机转速和传动系的离合器。（1）通过查阅各种资料，了解本设计的意义、研究概况和发展趋势；（2）对转向系、传动系、离合器进行设计（3）运用 CATIA 对传动系、转向系、离合器的各关键部件进行三维设计；（4）通过改进后的参数得出结论。本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 3 -本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 4 -2 节能竞技车的总体设计方案确定2.1 总体布置方案的选择在节能竞技车总体布置方案确定中应充分考虑到节能竞技车的的行驶稳定性，简易性和行驶阻力小。根据比赛规则，参赛车辆的车轮必须为 3 轮以上（包括 3 轮），并要求其结构必须满足无论竞技车辆停止时还是行驶时都能自行站立，这样便有以下几种总体布置方案供选择：前面两个轮后面两个两轮如图 2.1 所示，这种布置下无论是前面两个轮驱动还是后面两个轮驱动都无法回避转弯时两个轮的速度差问题，也就是说需要设计一个非常小的差速器且满足摩托车发动机经过变速后输出的转矩。需要衔接高精度的差速器和半轴。即使做出来它的传动效率的损失相比三轮来说也是非常大的，同时四轮的转向和行驶阻力也是比三轮车大的，总的来说四轮布置除了稳定性好之外没有其他优势。图 2.1 前两轮后两轮如图 2.1 所示,这种布置形式类似于平时所见的三轮车，其他队伍也有使用并也取得比较好的成绩。这种布置形式有如下优点：（1） 转向轻便；（2） 正因为和正向三轮有很多相似，所以在构件的采购和加工方面相对方便；（3） 不需要设置车轮定位方案如内倾，外倾，前束，后倾等。缺点：（1） 在高速下容易翻车，稳定性不好；（2） 在加工工艺上要求较高；本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 5 -（3） 如果发动机前置前驱会影响驾驶员的视野，而且需要差速器等机构；（4） 如果采用后轮驱动会和两轮前驱的问题一样；（5） 运用空气动力学分析最好的风阻系数应该时仿水滴型这样的前一轮布置方式很难实现。图 2.2 前一轮后两轮前面一个轮后面一个轮，外加两个辅助轮，如图 2.3。根据节能竞技大赛的赛规则，在车辆行驶时，必须要有三个以及三个车轮以上接触地面，这种布置形式在比赛中极有可能是两个车轮与地面接触，有可能被判违规，所以放弃这一布置形式。图 2.3 前一轮后一轮加俩辅助轮前面两个轮后面一个轮，这种布置形式也被称为逆三轮布置，绝大多数参赛队伍中选择这种布置形式，也就是说在实际比赛中已经被证实最好的布置形式。在理论上它有如下的优点：（1） 直线行驶平稳；（2） 后轮驱动不需要在设计差速器，传动效率高；（3） 行驶阻力与四轮布置相比较要小的多；（4） 转弯时前轴所受侧向力比单轮布置小的多；本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 6 -（5） 空气动力学外形可以得到保证。图 2.4 前两轮后一轮2.2 车架材料的确定车架的轻重对油料的消耗有直接的影响，但从安全和顺利完成比赛的角度来说强度越高越好。这样就需要在这其中做出取舍，经考察可供挑选的材料有：钢管，铝管，钛合金管材，碳纤维等。但考虑到资金问题，最后选择铝作为车架的主要材料，铝型材料有如下优点：（1） 铝型材料的密度是钢型材的二分之一，相同体积的材料比钢材轻，同时在结构设计合理的情况下车架的强度足够；（2） 现铝型材加工方便，可以用铝焊，氩弧焊等；（3） 铝材料的价格相对于其他高强度的复合材料要低，能大大降低制作成本。2.3 车辆驱动方式的确定由于采用了前面两个轮后面一个轮的整体布置形式，故驱动方式定为发动机后置后驱，这样驾驶人员的视野可以得到保障，也不需要安装差速器同时也可以对质心的位置进行配重（驾驶人员前置），制作难度也相对降低。2.4 车辆转向形式的确定因为车辆为比赛车辆，应该同时考虑转向形式的轻便性，灵活性，加工简易性和比赛场地的因素中央支撑式，如图。这种方式结构简单，但把整个车轴作为转向装置使得转向笨重。附录 1：外文翻译使用可变阻力的转向扭矩控制转向系统的模型D.陈鉴林议员及 K. NAM摘要 本文提出了一种新型无传感器转向转矩控制方法，适用于线控转向系统。 线控转向系统没有任何机械连接来连接方向盘和齿条和小齿轮模块。代替机械装置，每侧使用两个电动马达。一个电动机连接到方向盘，另一个安装在齿条和小齿轮上。方向盘上的电机作为转向转矩和来自道路的负载扭矩之间的输送机起作用。在本文中，我们关注基于阻抗控制的与转向感相关的运动控制。因此，本工作中不考虑齿条齿轮的型号。 在大多数动力转向系统中，使用扭矩传感器来设置对驾驶员转向感觉的阻抗影响。在本文中，我们提出了一种不使用任何扭矩传感器的新型转向控制方法。提出的方法的有效性由实验结果证实。关键词：无传感器力控制；扰动观测器；线控转向；阻抗控制1.介绍自从汽车成为流行的交通工具,开发了车辆系统的技术改进。车辆系统有很多部分组成的机械连接。因 为车辆系统近年来变得更加复杂,增加了部分占用的空间。增加空间,前面的车辆 上的重量和体积也增加。它会影响车辆的加速度和加速度克服这种负面影响,发动机也大。一种新技术叫做 X-by-wire 被广泛研究克服这种恶性循环。X-by-wire 系统应用于刹车和引导车。转向系统是与司机和车辆的一部分，已经渐渐影响司机的安全了。转向系统的开发是根据操作方法分类。第一类是传统的机械转向系统。这种类型的优势,司机的转向感觉很好,但它需要一个大操舵力。第二种类型是液压动力转向系统(黄,2001)。它使用更少的 转向力比较传统机械转向系统。然而,它有一个可怜的燃油效率因为油泵液压系统需求。第三个方法是电动助力转向系统(杨,2015;张成泽 et al .,2016)。使用电力的系统可以做到比液压系统更加灵活的控制。燃油效率也会增加。第四个是一个 steer-by-wire 系统(吴 et al .,2016)。近年来它已 经被研究。steer-by-wire 系统由两个电 机代替传统的转向柱设备连 接齿条和小齿轮的方向盘。这 部小说系统有几个 优点。首先是 节省空间和成本。由于零件的重量减少 ,影响燃油效率和生产成本。第二个是安全，转向柱伸出它可以保护司机的安全，当的车辆发生事故时。转向柱不可用,是不容易的模拟转向感觉的,传统的系统。根据先前的研究,主要功能 steer-by-wire 系统 被定义为一些点(Parmar 和 约翰,2004 年,上海一中院2006;Yih 格迪斯;2004;Amberkar et al .,2004)。第一个是方向控制。它是汽 车的一个基本要求条件稳定没有抵消和之间的时间延迟电机与方向盘上部和底部电机在齿条和小齿轮。第二个是恢复能力。方向盘和车辆应该回到原来的位置没有人类的力量。由于系统没有物理连接的转向柱,它需要实现恢复力。第三是可变转向的感觉。提供的转向手感等驾驶条件的转弯力和车辆速度。考虑驾驶环境,道路条件是一种估计方法研究(Bajcinca et al .,2006)。机动车辆的运动控制使用自适应估计方法(埃姆雷 et al .,2010)。研究 对司机的转向感觉找到一个影响因素研究(山口和村上,2009)。在本文中,我们专注于问题转向感觉没有扭矩传感器基于阻抗控制。基于模型信息的传感器不方法被广泛使用,因为传感器的弱点的影响,传感器的昂贵价格(村上 et al .,1993;小笠原群 岛和船长,1991;日本田岛 Hori,1993)。让司机的转向扭矩实时信息,使用基于扰动观测器技术系统模型。此外,使用一个阻抗控制技术在一些机电一体化领域需要与人类和设备交互。特别是,它用于机器人(荣格 et al .,2004;Ikeura Inooka,1995)和恢复应用程序(杨 et al .,2006)。用于通过使用阻抗控制驾驶舒适的感觉。本文由五个部分组成。转向动态模型和模型识别实验第二部分所示。一个力矩传感器不转向控制方法提出了第三节,其控制性能实验结果证实了在第四节。结论在第五节总结。2 系统建模在本节中,一个方向盘 steer-by-wire 系统的动态模型。steer-by-wire 系统如图1 所示。与传统的转向系统 具有转向列,steer-by-wire 系统有两个马达连接和控制每一个部分由方向盘和齿条和小齿轮。一般转向系统,如电动助力转向控制器收集一些信息,包括车辆速度,转向扭矩、和转向角传感器。系统是根据输入的命令生成的控制器。底部电机相 连齿条和小齿轮需要交付负载扰动的司机。同时,电机底部是必要的控制车辆的运动,我们想要的。上面的汽车方向盘之间充当一个耦合器负载感觉和司机。此外 ,它的功能作为辅助力量马达。本文侧重于从转向系统轮上汽车。2.1 动态模型一个交互式 steer-by-wire 系统的模块在图 2 中描述。它可以建模为一个 two-inertia 系统之间的方向盘 ,方向盘电动机通过转向轴连接。建模的两个-惯性系统已经在一些纸(Zhang 和学 习 Furusho,2000;Yun et al .,2013)。根据论文,方向盘的动态方程表示为。如果一个司机的转向力矩应用于指导轮,方向盘一个惯性矩摩擦系数在一定的转向角。 转矩和转向轴产 生反应。反 应力矩作用在 转向轴表示为。反应转矩是阻尼系数的转向轴。方向盘电动机的动态方程表示为。方程(3)是由转 向电机转矩,电动机系统,转向轴的反作用力和摩擦力。摩擦力是一个典型的非线性因素作用相反的方向转向电动机转矩和转向轴的反作用力。尽量减少摩擦的影响,介绍了摩擦模型和补偿器在 2.2 节。通过拉普拉斯变换,方程(1)(3)表示 为。框图基于方程(4)(6) 呈现 在图 3 中。在此系 统中,转 向电机扭矩和司机的转向转矩输入。的角度方向盘电动机可以直接测量。但是一个转向角不是用这个系统。转移函数从方向盘电机 转矩的电机角表示为2.2 摩擦模型方程(3),即转 向系统的动力学方程轮电机,包括一个摩擦力阻碍运动的发动机。摩擦力是一个典型的非线性因素。由于摩擦 ,一个系统不移动一个小转矩输入。一般来说,摩擦分为三种类型:静态的摩擦,库仑摩擦和粘性摩擦。静态摩擦是一个根据表面阻力的边缘移动。 库仑摩擦阻力阻止移动对象。粘滞摩擦是由流体引起的。在这 个系统,我们只是考 虑的影响静态摩擦和库仑摩擦。方程的摩擦模型表示如下,方程(9)目前摩擦方程 ,系统开始移动,方程(10) 摩擦方程而系统是移动。方程由变量因素。使用速度系数的近似静态和库仑摩擦之间的过渡。速度阈值确定边坡从零到静态摩擦。过小的 值速度阈值导致喋喋不休接近零速度。发现参数值方程(9) 和(10),在不同的操作条件下 进行了实验。通 过逐渐增加一个输入的力在停止状态,我们检查了力瞬间移动。当系统移动,我们检查了力量阻止即时通过减少输入的力。通过这些实验, 我们第一个检查力定义静态摩擦和第二个检查力是库仑摩擦,分别。参数值的方程 (9)和(10)f = 0.8636、Fs = 0.5397(Nm)的正方向和 Fs =0.7556,Fc =0.4858(Nm)负方向。摩擦模型如图 4 所示。使用这种摩擦模型中,摩擦补偿器设计为方向盘电机的速度的函数。摩擦补偿器的性能如图 5 所示。虚线代表的摩擦补偿的结果。它指出,速度和转矩之间的关系变得几乎线性的。摩擦的效果却降低了采用摩擦补偿器2.3 模型辨识在本节中,提出了模式识别的实验结果来识别动态模型。我们注入了线性调频信号频率范围从低到高,方向盘的汽车和测量角速度的汽车在同一时间。注入的线性调频信号的扭矩信号表示为一个电压在以上结果。单位转换常数电压和转矩是 0.239 Nm /伏特。 结果如图 6 所示。 实线代表响应在低输入激励和虚线代表了高输入激励的响应,分别。从图 6 中,我们可以看到,系统有一个并联谐振点大约 12 赫兹和一个谐振点 16 赫兹。从这个结果和方程(7),同时,它是指出,传递函数的分母,零,由两个虚构的根源。传递函数的提名者,杆,由 0,一个真正的根,和两个虚构的根源。之前的另一个实验模型识别测试应用摩擦补偿器如图 7 所示。非线性因素在低频范围和大小的差异也发现在谐振点相比图 6。为了定义名义模型,我们需要关注一个频率范围。我们假定一个人驾驶一辆可以操作方向盘下 5 赫兹在实际驾驶情况。在这个合理的假设下,我们可以忽略名义模型的高频振动。名义 模型,我们设计了一个二阶系统下 5 赫兹,阴影区域在图 6 所示。参数值在标称系 统分别得到约 J= 0.0173 公斤m2 和 Bn = 0.2173 mN秒/ rad。3.转矩传感器不阻抗控制设计提出了转向控制系统的总体结构如图 8 所示。它由四个部分组成:(a)在 2.2节介绍的摩擦补偿器,(b) 是 扰动观测器。(a) 和(b) 有助于使可预见的线性系统和非线性系统还用于估计干扰,(c) 是阻抗模型做一个舒适的交互式转向系统通过控制数量的协助,(d) 的反馈和前 馈控制器。3.1 扰动观测器提出了一种扰动观测器的一般框架如图 9 所示。它是由一个逆名义模型和一个一阶低通滤波器称为问过滤器。两个传输函数相关的控制性能分析。自从问过滤器是一个低通滤波器,我们可以假设过滤输出几乎是一个当扰动频率范围是低于截止频率。也就是说,如果扰动的频率范围是以下问滤波器带宽。附录 2：外文原文I本田节能竞技车转向及传动系统设计摘 要随着人们生活水平的提高，能源节约、环境保护问题日趋严重，人们的关注程度也越来越高。本文以中国节能竞技车大赛为背景，以本校已有的竞技车为基础。同时整个设计在满足大赛要求的基础上，以省油为主要指导思想，减少竞技车复杂程度和轻量化。本次设计对竞技车的转向系、传动系和离合器进行改进设计。论文首先对竞技车的总体方案进行了确定。然后对转向机构进行设计，运用 CATIA 对其进行实体建模，同时利用 CATIA 的运动仿真对转向系进行了仿真模拟运动，验证了转向机构的合理性。通过对相关期刊的研读，通过其中大量的实车试验数据，确定了传动系传动方案为链传动，也确定了离合器的改进方案。关键词：转向系；传动系；离合器；CATIA 三维建模IIABSTRACTAs peoples living standards improve, energy conservation and environmental protection are becoming more and more serious, and people are becoming more and more concerned. Energy saving in China based on competitive car competition as the background, on the basis of our existing sports car.At the same time, the whole design is on the basis of satisfying the requirements of the competition, which is the main guiding principle of oil saving, reducing the complexity and light weight of the competitive vehicle.This design is designed to improve the steering, transmission and clutch of competitive vehicles.The paper first identified the overall scheme of competitive vehicles.And then to design of steering mechanism, using CATIA to entity modeling, at the same time, using CATIA movement simulation of steering system has carried on the simulation, the rationality of the steering mechanism was verified.Through the study of related journals, through which a large number of real vehicle test data, determine the drivetrain transmission scheme for the chain, also identified the improvement scheme of the clutch.Key Words：Write Criterion; Typeset Format; Dissertation；CATIA 3 d modelingI目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 课题研究背景及意义 .11.2 国内外发展概况及趋势 .21.3 课题的主要研究内容 .22 节能竞技车的总体设计方案确定 .42.1 总体布置方案的选择 .42.2 车架材料的确定 .62.3 车辆驱动方式的确定 .62.4 车辆转向形式的确定 .62.5 车辆车轮的选择 .82.6 车架参数的确定和计算 .82.7 各总成的相关计算 .122.8 整体参数的确定 .142.9 本章小结 .143 转向机构设计 .163.1 汽车转向梯形机构设计理论 .163.2 转向梯形参数确定 .183.3 转向阻力距计算 .193.4 转向装置的设计计算 .203.4 转向梯形的仿真 .203.5 本章小结 .214 传动系设计 .224.1 设计理论 .224.2 实际传动比的确定 .224.3 链传动的选取和设计计算 .234.4 本章小结 .245 离合器的设计 .255.1 离合器的重新设计和选择 .255.2 离合器需要传递扭矩的计算 .25II5.3 摩擦片参数与尺寸计算 .255.4 离合器弹簧与尺寸计算 .265.5 离合器其他参数与尺寸的选用 .275.6 设计小结 .276 结 论 .28参 考 文 献 .29附录 1：外文翻译 .30附录 2：外文原文 .34致 谢 .39本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 1 -1 绪论1.1 课题研究背景及意义本田节能竞技车大赛是将参赛团队设计制作的汽车在规定时间、规定路线下，行驶一定距离，并由此换算出一升油能够行驶的公里数，耗油量少则胜出的一项赛事。其中参赛车辆俊需搭载本田开发的 Honda 弯梁车 125cc 化油器低油耗发动机。Honda 节能竞技大赛于 1981 年在日本创办，至今已有 36 年的历史。比赛要求参赛车辆使用统一的发动机，发动机以外的车架和车身等完全由各车队自行创作，每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程，比赛谁消耗的燃油最少。由于有着极高的乐趣性和广泛的参与性，在日本，每年都有来自初中、高中和大学的学校代表队、企业代表队，以及来自社会上的共约 500 支车队，创作出具有新颖构思的和创意的赛车参加比赛。迄今为止创下最高的记录为 3435.325Km/h，相当于北京到重庆的直线往返距离。同时，这项比赛也逐渐向海外扩展。中国作为继日本泰国之后的第三个举办地，于 2006 年在上海举行了试行大赛，2007 年 11 月 11 日，第一届 Honda 中国节能竞技大赛在上海国际赛车场圆满举行。Honda 节能竞技大赛的目的是通过比赛提高社会的节能和环保意识，参赛车队通过各项独创技术不断发现一升汽油的无限潜能，从中体会节能的重要性。同时也提高了参赛选手的实践能力。节能、环保一直是 Honda 致力解决的重要课题之一。在产品领域，Honda 通过电池、混合动力、生物乙醇弹性燃料、清洁柴油等先进的节能、环保型产品时刻走在行业前列。在生产领域，Honda 在全球推行“绿色工厂，制定独自的企业目标，努力降低产品生产环节的能源消耗和污染物以及温室气体的排放。节能竞技大赛作为环保领域的社会活动之一今后将继续在中国举办，Honda 希望通过这项赛事，为节能环保做出贡献。在石油资源日益枯竭，全球石油储备急剧下降的背景下，我国汽车保有量却平均每年 12.07%的速度增加，我国对燃油的消费需求日益增长，很大一部分依赖进口。一方面，我国汽车节油技术的应用有限，燃油利用率较低；另一方面，机动车排放污染已经成为我国污染物的主要来源之一。因此，汽车节油环保问题日益突出，面对有限的石油资源和国家能源战略遇到的威胁与挑战，汽车节能环保技术已成为汽车设计领域的研发热点。节能竞技车与普通赛车的结构布局相似，由发动机、底盘和车身三大部分组成。发动机的改造无疑是各赛车队的重点，也是节能减排技术发展的主导性方向；底盘的本 田 节 能 竞 技 赛 车 转 向 及 传 动 系 统 设 计- 2 -设计关键在于减少摩擦损失和提高机械的传动效率；车身的设计重点在于减少重量和降低空气阻力系数。1.2 国内外发展概况及趋势动力传动系统即发动机一变速器一驱动桥一驱动轮系统,它是汽车重要组成部分。选择动力传动系统参数的方法有两种：一种是整车主要参数和传动系参数含轮胎确定后,选择合适的发动机；另一种是整车参数和发动机确定后,选择合适的传动系。能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在其理想工作区附近工作。这样不仅可以减少燃油消耗,减轻发动机磨损,提高发动机的使用寿命,而且可以取得良好的排放效果。在实际设计中,要想通过转向机构使所有车轮在每一个转向角度都能绕同一个瞬心转动是无法实现的。通常的做法是依靠经验公式来设计。在研究中,则采用优化算法,建立目标函数,求解出最优值。众多的优化研究方法都认为,对于特定转向机构,可以将整个系统拆分成几个小系统来考虑,即每一个转向桥均可由一个转向梯形机构来保证左右转向轮按转向规律偏转,而两前桥之间的运动协调关系则需要根据具体情况设计摇臂机构来加以保证,通常研究者认为,梯形机构是无须进行优化的,左右车轮的关系完全可以由独立设计的梯形机构来实现。主要影响多轴转向特性的是摇臂机构。因此大多数转向机构的研究将摇臂机构作为优化设计研究的重点,并根据优化理论编写了许多有效的计算软件。在未来，节能竞技车的发展从结构上来说，必然是减小汽车在行驶过程中的自身消耗,通过以下途径可以来实现：减少行驶阻力,通过改进车身造型、改善车身结构来减少空气阻力通过改进轮胎结构减少滚动阻力；底盘轻量化,采用新型轻质材料,通过可靠性设计技术使整车轻量化,使各总成部件、附件紧凑；提高驱动效率,采用自动或无级变速系统,减少轴承和齿轮的摩擦损失,提高传动系统的传动效率。1.3 课题的主要研究内容 首先在以往参赛赛车的基础上对转向系进行各关键部件进行改进设计，然后根据大赛要求和发动机的各项参数对传动系的各关键部件进行改进设计，最后设计匹配发动机转速和传动系的离合器。（1）通过查阅各种资料，了解本设计的意义、研究概况和发展趋势；（2）对转向系、传动系、离合器进行设计（3）运用 CATIA 对传动系、转向系、离合器的各关键部件进行三维设计；（4）通过改进后的参数
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