毕业答辩-大学生方程式赛车驱动桥设计.ppt

大学生方程式赛车驱动桥设计,答辩人:指导教师:,南京理工大学2013届本科生学位论文答辩,一、研究概述,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FSC大赛中，所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,二、论文框架,目前，大部分高校FSC赛车采用的都是中置后驱形式，动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300kg簧载质量m1=253kg.质心高度Hg=267mm。赛车轴距为L=1575mm。质心至前、后轴的距离分别a=841mm,b=734mm.前轮距L1=1220mm.后轮距L2=1180mm。轮胎半径r=232.4mm。,论文框架,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。,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y轴上旋转，二可以通过调整拧入的牙数来调整链轮与车架的位置。,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40cr，调质处理，其直径由球笼确定为22mm，根据赛车总布置参数，可知半轴长度360mm，半轴两端花键齿数为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。,三、外购件选取思路,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Z1、Z2和传动比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i一般7。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Z1=15，按变速器三档传动比ig=0.957设计，发动机处于最大扭矩时，转速n为10885r/min，车轮半径r=232.4mm。设定最高车速Ua=150km/h，由公式计算可得i0=2.67。由公式计算可得Z2=45。,外购件选取思路,（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KA=1。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KM=1.0，可知选取单排链。根据往届比赛经验，初定链条型号525，节距p=15.875mm的单排链。,外购件选取思路,（3）大链轮分度圆直径d2和齿顶圆直径da2的计算由公式计算可得d2=202.3mm。由公式可得da2=210.3mm。同理，可得d1=76.4mm，da1=83.26mm。,外购件选取思路,（4）初选中心距a0a小，传动结构紧凑。但a太小，链条总长太短，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。a过大，承载好，但链条长，横向振动大。一般a0=（3050）p，初定a0=30p=474mm。（5）链节数Lp由公式可得Lp=88（6）确定实际中心距由公式可得a=477mm。,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=121mm，故中心距可在121mm和477mm之间。,（8）总结综上所述，决定购买型号为520的链轮，链轮厚度8mm，材料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。,四、自制件设计思路,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,1.轮毂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。2.设计过程（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,3.转向工况下，轮毂的受力分析根据经验，设侧向加速度a=1.3g。(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Fr=785N.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FZ=461.8N.故在转向情况下，赛车后车轮收到的较大垂直载荷为Fgr1=1246.8N。（2）地面侧向力的计算转向工况下，后轮所受侧向力F2L=2040.9N,自制件设计思路,(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，Fl、Fu、Fm、Fz分别表示轮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,4.转向工况下，轮毂的有限元分析已知零件材料为40cr，弹性模量2.11e+010N/m2，泊松比0.33，屈服强度7.85e+008N/m2。,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0.0122mm，在轮毂与球笼连接处的附近，零件承受较大应力为4.58e+008Nm2，约为钢材屈服应力值的五分之三，应力情况合格。5.制动工况下，后轮毂的受力分析和有限元分析思路与上述一致。,五、存在问题,存在问题,本次毕业设计中，还存在以下不足：1.运用CATIA软件做有限元分析，对于零部件所施加的约束与部件真实存