大学生方程式赛车驱动桥的设计【含CAD图纸+CATIA建模】
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大学生方程式赛车驱动桥设计 答辩人 : 指导教师 : 本科 生学位论文 答辩 一、研究概述 二、论文框架 三、外购件选取思路 四、自制件设计思路 五、存在问题 六、致谢 研究概述 研究背景 中国大学生方程式赛车活动以学校为单位组织学生参与，由各个大学车队的本科生和研究生构想、设计、制造出一辆小型方程式赛车并参加比赛。 大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才 ,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。 研究意义 本课题的研究设计可适用于 2013年南京理工大学生方程式赛车的驱动桥总成。由于这是我校第三次参与到 以本次研究主要针对以往比赛中出现的问题进行改进，从而实现整车的优化。 研究内容 大学生方程式赛车的后驱动桥总成设计，主要包括自制件的设计校核、外购件的选择改进两大部分。 自制件：法兰盘、差速器支撑、差速器调节吊耳、半轴、轮毂。 外购件：大链轮、链条、差速器、球笼、差速器轴承、轮毂轴承 研究概述 驱动形式 赛车主要参数 目前 ， 大部分高校 力由变速器输出轴传递到差速器壳体 。 采用链传动 ，即 在差速器壳体上 连接 链轮，取消主减速器。此传动方式有如下优点：省去传动轴与主减速器，减轻了整车装备质量；发动机制动时，由于链条有许多间隙，故能吸收震动。本 次 计中同样采用中置后驱式。 赛车的整车整备质量为 300载 质量 g=267 赛车轴距为 L=1575 质心至前 、后 轴的距离 分别 a=841mm,b=734前轮距 2=1180 轮胎半径 r= 论文框架 链轮与链条 法兰 论文框架 将作为外购件选取思路的样板做具体阐述。 本设计中，法兰盘用以连接大链轮与差速器外壳，起到差速器输入轴的作用。 差速器及壳体 差速器轴承 差速器支撑 吊耳 论文框架 本次比赛 ， 我校所用差速器 为 大学生特别版托森差速器，其限滑功能 可以 大大提高赛车的过弯性能。 托森差速器的核心 是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统，正是双蜗轮、蜗杆结构相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，这一特性限制了滑动 。 差速器轴承位于差速器壳左、右两侧，安装在减速器壳承座孔上 。 差速器左侧轴承型号为 6306，右侧轴承型号为 6305。 差速器支撑用以承放差速器轴承，并实现差速器在车架上的定位。 调节吊耳一可以防止差速器支架在赛车 可以通过调整拧入的牙数来调整链轮与车架的位置。 球笼 半轴 轮毂 论文框架 本 赛车内球笼采用伸缩式万向节，外球笼为固定式万向节。球笼外形尺寸和花键齿数由差速器参数决定。 最终决定 采用奥拓汽车上的球笼 。 半轴采用材料为 40质处理，其直径由球笼确定为 22据赛车总布置参数，可知半轴长度 360轴两端花键齿数为 21。 并对半轴进行有限元分析 将作为自制件设计思路的样板做具体阐述。 外购件选取思路 本次设计中的外购件包括大链轮 、 链条 、 差速器 、 球笼 、差速器轴承 、 轮毂轴承 。 在选择过程中 ， 需考虑零件的功用 ， 材料 ， 成本 ， 尺寸匹配 ， 使用寿命及强度等问题 。 下面以大链轮的选取过程为例 ， 详细讲解外购件的选取过程 。 外购件选取思路 （ 1） 选定 链轮齿数 i 齿数的选取原则：链传动速度高时，齿数多些；为考虑磨损均匀，链轮齿数应取与链节数互质的奇数。 链传动比 。若传动比过大，则链轮包角在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合 。 由变速器输出轴链轮齿数 5，按变速器三档传动比 动机处于最大扭矩时，转速 0885r/轮半径 r= 设定最高车速 50km/h，由公式 计算可得 由公式 计算 可得 5。 0 . 3 7 7201购件选取思路 （ 2） 排数和节距的确定 在一定的条件下，节距越大，链传动承载能力越强，但链传动的多边形效应越严重。所以 ， 为使链传动结构紧凑，寿命长，尽量取小节距的单排链。 取链轮工况系数 。 若传动速度高，传递的功率大；或传动中心距小，传动比大，去小节距的多排链。若传动中心距大 而 传动比小，取大节距的单排链。 由 链排数 系数 知选取单排链。 根据往届比赛经验， 初定链条型号 525，节距 p= 外购件选取思路 （ 3）大链轮分度圆直径 由公式 计算可得 由公式 可得 同理，可得 22s i n 1 8 0d p z220 . 5 4 c o t ( 1 8 0 / z ) 外购件选取思路 （ 4）初选中心距 a0 动结构紧凑。但 条总长太短，单位时间里每一链节参与啮合次数过多，加剧链的磨损和疲劳。 载好，但链条长，横向振动大。 一般 3050） p，初定 0p=474 （ 5）链节数 公式 可得 8 （ 6）确定实际中心距 由公式 可得 a=477 20 1 2 2 102 ()22pa z z z z 221 2 1 2 2 1 ) 8 ( )4 2 2 2p z z z z z L 外购件选取思路 （ 7）链轮包角 由公式 可得 1=158 根据小链轮包角最小为 1200，可得中心距 a=121中心距可在 12177 1 2 11 8 0 ( d d ) 5 7 . 3 a （ 8） 总结 综上所述，决定购买型号为 520的链轮，链轮厚度 8料 45钢。一方面可减轻链轮质量，降低惯性，另一方面也保证了链轮强度。其中间六个螺栓孔予以和法兰盘连接 。 自制件设计思路 本次设计中的自制件件包括法兰盘 、 差速器支撑 、 差速器调节吊耳 、 半轴 、 轮毂 。 在自制件的设计过程中 ， 应注意零部件的材料 ， 外形 ， 作用 ， 并要对所有的自制件进行有限元分析 。 下面以大链轮的选取过程为例 ， 详细讲解外购件的选取过程 。 自制件设计思路 轮毂又称轮盘，是车轮上安装轮胎的零件。我校赛车轮毂设计思路如下，先竖立轮辋，在轮毂内放置立柱，卡钳，刹车盘，测量轮辋深度，观察并测量剩余空间，根据具体布置来设计外形，并不断改善，做校核分析。 （ 1） 将刹车盘、立柱、卡钳、轴承在轮辋中按照规定位置布置后 ，其三维效果图如下。 自制件设计思路 自制件设计思路 （ 2）设计过程中，按照轮毂在后车架的作用，先确定其与轮辋单片的连接位置。固定销的长度，十字轴式的固定结构外形，不仅能确保在运动过程中轮毂的强度，也有效减轻了质量，减小惯性，将轮毂与轮辋单片中间进行轴向定位的凸台铣出深孔，也是为了减轻轮毂质量。 （ 3）为避免卡钳与轮毂连接刹车盘的固定孔的干涉，要在轮毂的轴向留出足够空间。 （ 4）轮毂与刹车盘的固定原则基本同（ 2），并根据刹车盘螺纹孔的规格选定螺栓和螺母。 （ 5）轮毂轴向与轮边球笼连接部分的外径，由轴承决定，内径和花键尺寸，有球笼决定。 自制件设计思路 （ 6） 轮毂三维图如下所示 自制件设计思路 毂的受力分析 根据经验， 设侧向加速度 a= (1)地面垂直力的计算 静载情况下，由计算可知，赛车单侧后车轮受力 85N. 由于车轮转向时会引起内外侧车轮受地面垂直载荷发生转移，导致内侧车轮受力减少，外侧车轮受力增加。内外侧车轮载荷转移量相等 ，由力矩平衡得到 ，转移的垂直载荷量 故在转向情况下，赛车后车轮收到的较大垂直载荷为 （ 2）地面侧向力的计算 转向工况下， 后轮所受侧向力 制件设计思路 (3)以左后轮毂为研究对象 转向工况下，轮毂的受力如图所示。 其中， 毂通过与轮辋连接处四个螺栓作用在轮胎上的力 。 根据受力平衡，可算得四个作用力的大小。 自制件设计思路 毂的有限元分析 已知零件材料为 40性模量 10N/松比 服强度 08N/ 自制件设计思路 （ 1）受力约束图 自制件设计思路 （ 2）米塞斯应力图 自制件设计思路 （ 3）位移图 自制件设计思路 （ 4）结果表明，在施加的载荷作用下，轮毂边最大位移约为 轮毂与球笼连接处的附近，零件承受较大应力为 08N 为钢材屈服应力值的五分之三，应力情况合格。 轮毂的受力分析和有限元分析思路与上述一致。 存在问题 本次毕业设计中，还存在以下不足： 于零
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