大学生方程式赛车传动及最终传动系统设计【优秀机械毕业设计论文】
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大学生
方程式赛车
传动
最终
终究
传动系统
设计
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
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-
文档包括:
说明书一份。43页，15800字。
外文翻译一份。
开题报告一份。
UG图一份。
图纸共4张，如下所示
A0-差速器总成.dwg
A1-链轮防护罩.dwg
A2-齿圈Z=47.dwg
A3-链轮法兰盘.dwg
- 内容简介：
-
of an R. 18 009 /12 010 /15 010# 010 is of as an of at an is by an at a to s it by an a of of a of of of is a of a of to a as D to as a in by in to of in in In a is as a In is in a to as 1. OS as in an it be in be of *):R. . . P. . . 2010) 51:233246is of is by at a to is to do by is in of is to is an a to of be to a of or in of a of as of a UK of a by a in to of in of a to of of of by an In to a is to of It is an , in on To is to A to a be of of IL 25of 6, 7. of to of in as 810, 11, 12, 13. in 4, 15. no in is in a a to to is in is it a of to of of of of is of IL In a to as in to of by a is by In to be in by IL of as of is 1. of of a D SB,MI is on a 7 on 2010) 51:233246in on is a is is to of a CM as a It is CP on in In a by IL to of a IL to It as to it a to of of as of is a is in IL By to of up is is in to to a In C a P of C so of in of of IL IL 16 to a IL AN to to CP to te s t te s t te s t te s t te s tto of 1 2010) 51:233246 235In IL S 232 to to ,A/S 232to IL s of of of by a of To of to be in In a by CU to we on a a in we of IL to CU to CP of a of by CP of Ds,up/D so To an of CP be by CP a CP AN of CP or of is 1, by A/D 2 2010) 51:233of is to IL so be IL is to to to to a to be to a of in a to be to so be of of is is a a 0 A is 3 CP 2010) 51:233246 2374 of a A 17 a 40480 a 32of 0 is ) of 17 of is a on of In a a be in to to by in be as of of is to if as we to D so be by in 6 of of as a on As 6, homepag 1 车载信息娱乐自动化测试系统 只用于 识别一串我们已知数量的字符 。在我们的例子中 ， 文本 信息出现在 屏幕上 区分不同数量的字符 。为了解决这个问 题，不是识别一整串的文本 ，而是把文本串中的每一个字符分离开来作为一个二进制符号来识别 。图 7 所示 是用来 识别一个 光盘 曲目数量 的例子 。我们首先 使用二进制大物件把字符串中的二进制字符提取出来并且按照他们的位置进行分类 。 直到把这些字符全部分开，每一个字符作为一个单独的二进制符号来识别 。 然后 ， 每一个 二进制大物件 处位于红色 的 文本工具 中 ， 字符在 二进制大物件中识别并且与原有的字符进行比对 。 从 1 到 9 所有的数字在这之前都用 “觉工具编辑并储存过 。最后 ， 所有 被识别 的字符 重新 连接在一起 ， 来检索整个字符串。 色识别 自动 按钮用不同的颜色出现在展览板上 ， 颜色识别是用来 检索常用的 按钮 ， 活跃的 常用的 广播电台 ， 等等。 “觉工具 就是 用于此目的 ， 这些被检索的 像素在图像 细节区 积累一个颜色直方图。每个颜色的像素是由三个独立的颜色组 成 ； 红 、 绿 、 蓝 (每个颜色分量转换为一个从 0 到 255 的值 ； 因此 ， 累积直方图中包含 256 个元素 组成了 每个颜色分量 。 三种颜色成分总和的平均值出现的区域内代表一个特定的颜色。 通过这种方法 ， 我们可以确定一个按钮区域 内的颜色， 如图 8。值得指出的是 ， 颜色检测基于 色 的平均值， 很简单 ， 但 在检测某些情况下 可能会导致一些错误。 比如 ， 当 是 (255， 0， 0)、 (0、 255、 0)、(0， 0， 255)和 (85、 85、 85)应该 显示不同的颜色 ， 但有相同的平均值。然而 ， 该方法在应用程序 中 开工作的很好 ， 因为颜色检测是最小的一个活跃的按钮 ， 因活跃的 和活跃的无线电与变化从深蓝色 ， 淡蓝色。为识别更多的颜色 ， 我们可以使用一个色相、饱和 度和亮度 (色模型。 2 5 自动触摸屏操作 作为主要的人机界面的信息娱乐系统 ， 触摸屏幕允许用户浏览各种菜单和 与 屏幕选择 并且 控制所需的 功能 ， 或者 默认 配置用户偏好。图 1 还显示溢价车辆触摸屏 的一小图片 。为了达到完全自动化的信息娱乐测试能力复制 成人类专家 的目标 ， 一个重要的要求是能够复制用户 在 触摸屏幕上的按键 压力 。 为了接近 模拟用户的按键进行 使用 包括使用一个 智能手臂 或手指 ， 一组电磁致动器。这 种方式有 成本问题 ， 要么 ， 干扰了操作这台机器视觉系统 ，或有限的可升级性。作为一种替代方法和更合适的解决方案 ， 提出了一种新型的电 阻模拟技术。 摸屏操作 触摸屏由两层 组成， 包括一个刚性玻璃背层和一个灵活的聚酯前面的层 ， 每个都有一个统一的电阻涂料、绝缘垫片隔开。一层是用来捕获水平坐标 ， 另一 层垂直坐标。两边的每个电阻层连接到触摸屏控制器。这样的安排见图 9。 当屏幕 被触碰的时候 ， 前面的 那 层是 用来感应 触点 的力 和一个电接触是由两个电阻涂料层之间。 量触点坐标 等效电路为这样一个四线电阻 的 触摸屏见图 10。电阻的值将根据不同的位置的 设置 触点。开关和电阻 R 代表触点和接触电阻。这意味着一个触摸点的坐标 就 相当于一组电阻 值。 需要两个步骤分别 获得的 X 和 Y 坐标的触点。首先 ， 获取 X 坐标 ， 触摸屏控制器适用于一个固定的电压在背上层 ， 然后使用前面的层作为一个电压探测器测量电压在接触点。然后重复这个过程得到 Y 坐标通过应用一个固定电压穿过前面的层 ， 使用背面层作为一个探针。这一过程说明 见图 11。 这个电阻涂层 在 各层创建一个潜在分压器的触点。电压和 x 相当于抗性分离模拟表示的 标的触点。触摸屏控制器然后将这些测量电压 转换成 。 阻模拟 3 电阻模拟是 用来感应用户在操作的时候触摸屏幕上的物理力量并进行模拟 。 5 个 可控电阻在边境测试 ， 用来模拟电路 如 图 11。其中四个模拟电阻后 第五电阻模拟短电接触生成 物理压力 。仿真输出 ， 然后连接在 与之平行的 触摸屏幕。 校准必须进行查表建立一个 完整的 坐标 清单并 在触摸屏和其等效电阻。因此 ， 任何点在触摸屏 上 几乎 完全 可以通过等效电阻压 转换成 电阻 值 。在实践中 ， 触摸屏是分成许多小区域 得 ， 每个区域对应一组电阻值。 方法的好处 这种 模仿屏幕按钮按下 的方法 提供了以下好处 ： 这种 方法不影响正常操作的触摸屏本身自模拟的等效电路是并联。真正的触摸屏操作和模拟触摸屏。这是特别有用的实验设置和手动操作的信息娱乐功能 。 与这种方法并不妨碍视图的显示。这使得机器视觉系统操作简便 ， 没有障碍。 这个技术可以很容易地 并 迅速适应屏幕布局的变化源于软件更改或变更 ， 要么显示车辆。新的或改变按钮的坐标可以通过添加或更新介绍相应的阻力值的映射。 图 10 触摸屏等效电 路 6 瞬态波形发生器 个电压瞬态条件 一个瞬态波形发生器是 由 发动机曲轴 ， 触点震动 ， 电压斜坡 来 模拟电压瞬态 ， 条件包括发动机曲柄 ， 触点震动 ， 而且电压斜坡 (上 /下 )， 它们被 安装在 捷豹路虎工程标准低电压。发动机曲轴 在 汽车发动机 启是看是转动 。一个参数化表示的电压出现在电池终端 ，如 图 12。所有参数的值 4， 能随机取决于系统配置等因素 ， 电力负荷 (阻抗 )， 电池电荷状态和环境温度。 4 触点震动 反映了电压瞬态不良造成的在电池终端 连接不上 。一个 弱的 连接可以生成安装错误或损害布线或连接器。图 13 显示了参数化表示的接触电压波形的反弹。 电压斜坡 是 电压变化引起的缓慢的电池放电 ， 是 低电压和随后的细流电荷。这些 问题 的一个常见示例是 ： 发动机关机但 是 车辆 中的有些程序还在执行 如灯或收音机。一个参数化表示 的 概要 如图 14。 正如图形中表现的 ， 每种类型的波形 都 可以 转换成 一组参数。在现实情况下 ， 每一个参数可以随意改变。这个参数的变化创造了各种各样的组合 ，代表不同的电压场景。 所以 ， 这些电压参数 可以模拟操作的情景 。 随机分布 两种类型的概率分布 ， 均匀分布和正态分布 ， 选择生成参数集。例如 ，如果测试是在第一次运行后测试工程师可能需要得到广泛的理解 ， 可能会出现故障。在这种情况下一个参数集与均匀分布将是一个明智的选择 ， 因为它会给一个相等的概率 ， 每个值在测试集。然而 ， 如果经过一些测试很明显 ，故障发生在一个特定的值 ， 然后 ， 参数设置需要生成必须围绕这个中心偏见。在这种情况下一个参数集 与正常概率分布的平均值等于故障参数值将是一个明智的选择。 测试系统 的一个必要条件 是能够重复一个给定的测试序列 ， 以便采取任何行动解决识别断层可以连任。这对于审查和分析 是非常有用的，从而 为了隔离故障。 这种 方式来满足这个需求是使用伪随机数发生器生成的参数值。在这个项目中 ， 虚拟仪器软件 被 用来 应用到 瞬态波发生器。 件图 图库 提供了一个可供选择的伪随机数发生器功能 ， 同时支持统一的和正常的概率分布。一个测试集生成伪随机数发生器取决于一个种子值、范围和数量的长度 ， 因此可以再生。种子值可以是任何值范围内。在这部作 品中 ， 每个参数的测试集是单独生成的伪随机发生器与相同的样本大小即。数量、长度。覆盖尽可能多的电压尽可能的场景 ， 号码长度应尽可能的大。在实践中 ，它可以设置根据测试时间允许 的 计算机内存大小。 7 系统评价和实验 5 测试系统开发 后 大量 部署在 捷豹路虎 上应用实践 。五个不同的 版本 ， 即路虎揽胜 ， 发现 ， 已经测试了不同版本的软件更新。已经被评估 ， 一个自动化的测试使用系统开发是四倍的手动测试和利用大约 20%的资源 ， 测试一旦测试脚本开发 出来需要人工测试 。此外 ， 测试精度显著提高用检测失败比率从 5%上升到 12%， 手工测试的自动化测 试第一期的软件的一个特定的车辆。图 15 显示了一个 实例测试 ， 称 为台架试验。在这种背景下 ， 两个摄像头被用于检验仪器的集群和触摸屏分别。瞬态波形发生器是一种嵌入式的版本， 系统描述在第六节。自动化测试软件提供 数字空间 作为包装的一部分 ， 和运行的模拟器的边境主机 ， 它并不包含在图片 上 。 图 16 给出了一个典型的测试计划 影响到的 各种起动波形的信息娱乐系统。测试脚本是创建使用 本 件。该软件允许实时控制仿真软件模型在边境和功能 界面的 阻力。每个测试周期对应一个模式应用到车辆的起动电压系统。 在开始一个测试周期 ， 测试系统和娱乐系统在测试需要 下 被初始化 ， 以便测试系统 的 准备和原始配置的触摸屏可以被记录作为参考。在一个测试周期的开始 时 ， 模拟器作为一个可以发送消息的装置 ，使汽车 获得启动命令，详见 。与此同时 ， 一个起动电压是由瞬态波形发生器和应用到汽车。然后 汽车在 正常运行状态和测试开始 ， 包括声音检查和检查 5 个不同的显示页面。正确的部分的流程图给更多的细节在主页上检查如温度格式 ， 时钟格式和音频状态。当 主 页面标题 ， 一个未预料到的模式时 ， 测试系统 存在 争端引起记录失败场景包括显示图片 ， 大部分的痕迹 ， 和瞬态波 形参数。信息同步测试周期数和时间 点 。这些特性是非常有用的对 于后续测试 分析和进一步的调查。测试描述在图 16 已经连续运行 100 小时 ，有超过 5000 个测试周期生成的。实验结果表明 ， 该系统是 非常成功的，可以 长期测试。 图 17 给出了五大屏幕截图来说明测试系统的操作。截图 1 显示了测试自动化脚本运行在 图 2 显示了图像处理工作的运行在望相机。截图 3 说明了触摸屏是由电阻模拟方法操作 ， 触摸屏分为 4024 小广场区 (网格 )， 每个对应一组电阻值。一个按钮在触摸屏可能跨越一个数量的网格。截 图 4 显示了系统控制台 ， 所有设置和配置在被测部件和测试系统可以做到的。它还可以被用来进行一些手动测试。 5 所示的屏幕截图的状态的瞬态波形被应用到单元测试下。 6 8 结论 一个系统能够复制人类 的 控制和观测已经 被 开发 ， 自动化功能和 健壮 性测试车辆的信息娱乐系统。该系统主要包含四个模块 ， 包括一个边境测试仪、机器 视觉、自动触摸屏操作和瞬态波形发生器。作为一个测试中心、边境设施与其他模块通过 32 串行接口。此外 ， 它提供了模拟车辆动力模式 ，作 ， 触摸屏操作。 而且 ， 它还提供了 A / D 接口检测声音和测量频率的声音。机器 视觉系统被设计用来执行目视检查显示通过检测模式、文本和颜色。瞬态波形发生器研制了模拟三个电压瞬态条件包括发动机曲柄 ， 触点跳动 ， 和 电压斜坡 。 通过一个电阻模拟技术 实现自动触屏技术 ， 它提供了触摸屏从而促进测试系统。该系统极大地简化了开发工作的繁琐的验证测试 ，增加测试的重复性和可靠性 ， 节约了测试时间。此外 ， 该 系统 的 开发能够创建各种低电压瞬态条件 ，并且可以 在现实世界 中得到 验证 。 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 学院：车辆与动力工程学院 2013 年 04 月 10 日 课题名称 大学生方程式赛车设计（传动及最终传动设计 ） 学生姓名 李成吉 专业班级 车辆 091 课题类型 论文 指导教师 牛毅 职称 高工 课题来源 生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 作为一次简单的方程式比赛，中国汽车工程协会给予每个参赛学校的要求还是不低的。将本届大学生方程式大赛定义为由各大学车队的本科生和研究生构想、设计、制造一辆小型方程 式赛车并参加比赛。为此赛会在参赛理念上假定参赛车队是为一家设计公司设计、制造、测试并展示一辆目标市场为业余休闲赛车的原型车。赛车应该在加速、刹车、操控性方面有优异表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目并参加 赛。这样一来对于每一个车队的设计团队来说其挑战在于开发一辆能最大程度满足 车的设计目标且具有市场前景的样品车。以上阐述已经很明显的表现出这次比赛的全部意义 造一部比较成熟的“产品”才是该比赛所真正向大学生们推荐的。 年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设备、材料、部件以及制造和测试。 在传统教室学习中的学生提供了一个真实世界的工程经历。 员经受考验，面对挑战，具 有创造性思维，培养实践能力。队员们相对同龄人有专业的优势，这保证了他们与其他人合作时更高效地完成项目。该项目的目标是由学生构思、 设计 制造一辆小型方程式赛车。通过该项目重点考察和培养参与学生的知识水平、创造力和想象力。在 这样一项具有非常意义的工程项目中， 使参与学生获得宝贵的实践经验， 同时提供给他们一个专注于团队工作的机会，锻炼合作、沟通技巧，培养团队精神出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被一个假想的制造公司雇佣，让他们制造一辆原型车，用于量产前的各项评估。目标市场就是那些参加周末高速穿障比赛的非专业车手。因此，这些赛车在加速、制动和操控性方面要有非常好的表现。它们要造价低廉、便于维修并且足够可靠。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 方程式 意是惯例 ,常规 ;准则 ,方案 方程式赛车就是以共同的方程式 (规则 限制 )所造出来的赛车。 1900 年在法国的莫伦首次在赛车场举办了比赛，当时的比赛没有任何限制和标准，参赛者可以驾驶任何赛车比赛。直到 20 世纪 40 年代末，汽车比赛中出现了专为比赛而改装的单座赛车，为了安全和规范赛车运动发展的需要，国际汽车联合会对单座位赛车制订了一系列规则，即车体结构、长度和宽度、最低重量，发动机、汽缸容量及型式、油箱容积、电子设备、轴距和轮距的尺寸等，必须按照规定的程式制造，国际汽联把特别制造的单座赛车命名为“一级方程式赛车”，并在随后举办了方程式赛车锦标赛。 中国 目起步较晚，目前 国内有湖南大学、上海交通大学、同济大学、厦门理工已拥有车队和的车辆，吉林大学、北京理工大学、清华大学和天津大学等拟筹建。其中湖南大学于 2007 年 6 月和 2008 年 6 月，交通大学于今年 6 月分别参加了美国加利福尼亚站比赛。同济大学与厦门理工于 2008 年完成赛车的试制，同济大学已报名参加 2009 年的比赛。 2008 年 7 月在哈尔滨举办的全国车辆工程教学指导委员会年会上，同济大学李理光教授受教学指导委员会的委托，专门就在中国开展 、国际国内开展情况、项目费用和介绍，拟在国内开展此赛事的设想，进行了大会主题报告，引起多所高校的积极兴趣和反响。 2008 年 12月在长春举办的中国汽车工程学会教育分会的年会工作中，将筹备 2010 年中国首届大学生方程是车大赛纳入工作计划和执行内容，并着手筹建中国大学生方程式车大赛组委会。 目是一个结合了理工科知识和实际加工以及项目管理的一个综合性比赛项目，有别于以往其他单纯的竞速类项目。国外每个成熟的车队都需要经过数年的经验积累，方能比较成功地完成比赛中的各个测试。我们和国外车队相比，在资金、技术支持 、加工工艺、社会认可等方面还有很大距离。“他山之石，可以 攻玉”。日本第一次举办 赛，也只有十几只队伍参赛，这些队伍都是来自日本国内，同样在技术和规模上也和美国及欧洲有很大差距，但是经过联系六年的举办，已经发展为国际赛事，队伍近 80 个。举办 国大赛，虽然目前已经具备参赛实力的队伍不多，但是相信经过若干年努力，国内从事目的学校将会越来越多，并且随着组织方经验的积累，中国 将能成功。同时 目融合了各个学科的知识，综合考察了学生的理论和实际操作能力，极大地拓宽了学生在汽车领 域的知识面，并提高了实际问题的解决能力。 随着中国 入发展，势必将提高各个大学相关学生的技术和管理能力，提高大学 综合实力，扩大影响力，为中国民族汽车工业提供高素质人才。 3. 课题设计（或研究）的内容 根据大学生方程式赛车的比赛规则及大学生方程式赛车设计具体参数要求，进行传动系统设计计算，对主减速器结构型式选择；进行传动系统及主减速器结构和强度设计；差速器设计；车轮传动装置设计；驱动桥壳设计等。 运用所学的设计、结构、理论等专业和基础知识，通过查找相关资料，熟悉了解现有车型结构，结合自己的构思，设计 出符合题目要求的赛车及其另部件，达到提高毕业生综合能力的目的。 论文要求 20000 字左右，绘制工程图一张（ ;中文摘要 300 500 字。附英文摘要，计算机打印；外文翻译 10000 字符以上；查询资料 20 篇以上，附资料名称。 4. 设计（或研究）方法 1、调研法 2、小组讨论法 3、查阅相关文献资料 4、计算机辅助设计等 5、校核零件使其满足使用要求，完成装配图及说明书。 5. 实施计划 第 5 周 查阅文献、收集资料、初定设计方案； 第 78 周 设计方案分析与计算、绘 制草图； 第 910 周 绘制装配图； 第 1114 周 绘制零件图； 第 15 周 撰写设计说明书； 第 1617 周 互审评阅、答辩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 I 大学生方程式赛车设计（传动及最终传动系统设计） 摘 要 汽车传动系统的基本功用是将发动机输出的动力传递给驱动车轮，传动系统对整车的动力性和 设计中一个重要的组成部分。本文主要研究的是程式赛车传动系统的 燃油经济性有很大的影响，故传动系统参数的确定是汽车设计，基于我院 队三年来的比赛经验和设计理念，对赛车的传动系统进行优化和改造。本赛车选用的是铃木 缸发动机，差速器是选用德雷克斯勒限滑差速器（ ， 根据发动机的特性参数、档位比和差速器的工作原理，选择合适的链传 动比，计算链条的参数，设计差速器固定支架，合理的布置整个传动系统。针对传动系统各组成部件，采用 限元分析软件对零部件进行强度校核，优化结构使其达到质量轻、强度高的目标。 关键字： 差速器选型 ，德雷克斯勒限滑 差速器， 传动系 AE of he of is to a in So of is of in is is S in is is to of of at to of it to 录 第一章 大赛背景及发展现状 . 1 事背景 . 1 外情况 . 2 内情况 . 2 第二章 绪论 . 4 动系统的组成 . 4 动系统的功能实现 . 4 学生方程式赛车传动系统的特点 . 5 国大学生方程式汽车大赛（ 动规则和要求 . 6 次传动系统设计任务 . 6 第三章 赛车动力总成的选择与布置 . 7 车参数与主要结构 . 7 车动力性计算 . 9 减速比确定 . 9 车驱动力的计算 . 10 车动力性的验证与优化 . 11 合外特性曲线图 . 11 动力 . 12 动机功率 . 13 速度特性曲线 . 13 力因数图 . 14 动方式确定 . 14 第四章 动力总成与车架的连接及与驱动轮的传动设计 . 18 速器固定 . 18 轮法兰设计 . 20 小链轮的设计 . 21 轮齿数 1Z 、 和传动 2Z 比 i 的计算与确定 . 21 数的选取原则 . 21 动比的确定 . 21 链轮的计算与选取 . 22 速器的设计与选择 . 26 速器原理 . 26 速器的分类 . 27 程式赛车的差速器结构选择 . 31 速器选用说明 . 32 向节的选择 . 32 向节的工作原理 . 33 速万向节的分类 . 33 次设计选用的万向节类型 . 36 参考文献 . 38 结束语 . 38 1 第一章 大赛背景及发展现状 随着我国汽车工业的崛起，赛车文化日益蓬勃发展，同时为号召十二五时期党 中央提出的 科技 强国口号，在这样一个背景下， 2010 年首届中国大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场隆重举办。随后的第二届中国大学生方程式汽车大赛的引擎在此轰鸣在上海国际赛车场，规模比前一届扩大将近一倍，吸引了包括一支海外车队 慕尼黑工业大学在内的一共 34 支队伍参加。在此，我选择 车动力及传动总成布置设计为我毕业设计的题目，希望通过此次设计优化让我校的赛车驰骋在 2012 年上海赛车场。 赛事背景 由各国 汽车工程师协会举办的面向在读或毕业 7 个月以内的本科生或研 究生举办的一项学生 方程式赛车 比 赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自 1981 年创办以来， 发展成为每年由 7 个国家举办的 9 场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。 程式（ 列赛源于 1978 年。第一次比赛于 1979年在 美国 波斯顿举行， 13 支队伍中有 11 支完赛。当时的规则是制作一台 5马力的木制赛车。 程式（ 列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我 表达 创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用 8 至 12 个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事 给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。 为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周末 业余 汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控 2 性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车 ,并要求原型车实际耗资应低于 美元（该规则09 年已经取消）。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的 车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容。 外情况 目前 美国，巴西，日本，英国，德国，匈牙利，澳大利亚等国均有比赛。日本在 10 年前开始举办该项赛事，目前已成为亚洲 级比赛，每年吸引包括斯图加特，格拉斯， 大学车队参加，同时日本本土强队上智大学索菲亚车队也是每年固定参与的强队之一。世界各国前对汇聚在此，彼此交流心得，相互竞争切磋，相互学习，共同提高。 第九届日本 况如下图： 图 1011 年第九届日本 赛 内情况 国赛的 中 文名 称为中国大学生方程式汽车大赛，英文名称为 3 称 目前已举办两届。两届 事均在 上海国际赛车场举办，在 2011 年举办的第二届中国大学生方程式汽车大赛中，北京理工大学方程式车队击败了包括慕尼黑工业大学 队，同济大学方程式车队，湖南大学方程式车队，吉林大学急速车队等强队，蝉联了总冠军。 同国外比赛一样， 比赛 分为动态项目与静态项目两个大项。其中静态 项目 包括：营销报告（ 75 分）、 设计 报告（ 150 分）、 成本分析 报告（ 100 分）； 动态项目 包括： 75 米 加速 （ 75分）、八字绕环（ 50 分）、高速避障（ 150 分）、 耐久性 （ 350 分）、 燃油经济性 （ 0 分），总共 1000 分 。 4 第二章 绪论 动系统的组成 汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。它应保证汽车具有在各种行驶 条件 下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能，使汽车具有良好的动力性和燃油 经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并使动力传递能格局需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、及半轴等部分。 动系统的功能实现 传动系统的首要任务是与发动机协同工作，以保证汽车在各种行驶条件下正常行驶所必需的 驱动力 与车速，并使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。为此，任何形式的传动系统都必须具有以下功能。 1、 实现减速增扭 只有当作用在驱动轮上的驱动力足以克服外界对汽车的阻力时，汽车方能起步并正常行驶。 假如 将发动机与驱动轮之间直接连接 ，则汽车速度很大，这样高的车速既不实用，又不可能实现（因为相应的驱动力太小，汽车根本无法起步）。为解决这一矛盾，必须使传动系统具有减速增扭的作用，亦既使驱动轮的转速降为发动机转速的 若干分之一，相应的驱动轮所得到的扭矩则增大到发动机转矩的若干倍； 2、 实现汽车变速汽车的使用条件在很大 范围内不断变化，这就要求汽车的驱动力和速度也有相当大的变化范围； 3、 实现汽车倒驶汽车在某些情况下需要倒向行驶； 4、 必要时中断 传动系统 的动力传递发动机只能在无负荷情况下启动，而且启动后的转速必须保持在最低稳定转速之上，否则可能会 熄火。所以，在汽车起 步之前，必须将发动机到驱动轮的动力传递路线切断，以便启动发动机； 5 5、 应使两侧 驱动 车轮具有差速作用差速器使左右两驱动轮可以以不同的角速度旋转。此外，由于发动机、离合器和变速器固定在车架上，而驱动桥和驱动轮一般是通过弹性悬架与车架联系的，因此在汽车行驶过程中，变速器与驱动轮之间常有相对运动。在此情况下，两者之间不能用简单的整体传动轴传动，而应采用由万向节和传动轴组成的万向传动装置。汽车传动系统的组成及其在汽车上的布置形式，取决于发动机的形式和性能、汽车总体结构形式、汽车行驶系统及传动系统本 身的结构形式等许多因素。 学生方程式赛车传动系统的特点 1、 程式赛车发动机的布置与传动系统的设计 程 式赛车一般采用发动机中置后轮驱动的 案。 案是将发动机置于驾驶室后面的汽车中部，后轮驱动。该方案布置有利于实现前、后轴较为理想的轴荷分配。 案中发动机发出的动力经过离合器、变速器、由万向节和传动轴组成的万向传动装置以及安装在驱动桥的主减速器、差速器和半轴，最后传到驱动车轮。因此，传动系的设计中应考虑到这一点。 2、 与发动机 性能 的匹配 此次赛车整体制造设计时选 用了 动机，依据大赛规则，需要在节气门前面加装内径 20限流阀。由于 动机属于高转速引擎，加装限流阀后最大扭矩点约在 70008000 转，约为 50右，功率点约在 900010000 转，约为 45于原厂发动机中自带离合器、变速器与一级主减速器，则根据大赛规则，车辆实际动力参数，赛道特性等需要计算设计传动二级主线速比，与发动机性能特性匹配，充分发挥发动机的特性，在赛道上取得理想成绩。 3、 差速器的 选用 由于赛车通常在极限状态下驾驶，在赛车出弯时由于赛车的侧倾，内侧车轮负载 明显小于外侧车轮，甚至离开地面。这导致在出弯时，赛车由于大功率的输出，导致内侧车轮与 地面打滑，不但影响操纵稳定性，还损失了出弯动力，导致下一段直道速度的减慢，严重影响单圈成绩。因此，在资金充裕的情况下应尽量选用限滑差速器。 4、 传动方式的选择 6 目前，商用车与乘用车用，普遍应用轴传动，也基本上只有轴传动能满足载荷功率要求。但此次设计 的 程式赛 车与一般生活中应用到的汽车有着截然不同的要求，性能，质量以及目前各校 队的传动方式的选择上几乎全部为链传动，这是与一般汽车一个不同的地方。 国 大学生方程式汽车大赛（ 动规则和要求 大赛有关传动部分规则 (摘要 )如下： 1、变速器及传动 可以 使用任何传动变速装置； 2、 传动系统防护罩及保护装置 ； 3、 暴露在外的高速 运转 部件， 如变矩器、离合器、带传动、离合器传动，都必须装安防护罩以防失效； 4、链和带的防护罩不允许用有穿孔的材料； 5、 链传动 防护罩 必须 使用 寸）厚的 钢板（不允许有其他的替代尺寸），并且必须是所用链条宽度的三倍宽； 6、 带传动 安全罩 必须 用至少 寸）的铝合金6061且最小宽度必须比带宽度两边各多 35%的宽度（即带宽的 ）； 7、 连接处的紧固 所有 安全罩的连接必须至少使用 6别 8、 安全罩必须在任何 情况 下在横向上与链 或带保持平行； 9、 护指 使用轻质材料制作护指。 次传动系统设计任务 1、 了解汽车总体设计的基本知识； 2、 掌握客 车 底盘 设计的基本要求； 3、 学习用已学过的知识进行起 车动力总成布置设计； 4、 学会查找有关汽车 资料 。 7 第三章 赛车动力总成的选择与布置 车参数与主要结构 轴距 1680距 前轮距： 1199轮距： 1149 前悬 /后悬 最小离地间隙： 40质量 280备质量 220发动机：排量 /功率 (ml/0 扭矩 66力总成设计参数与形式 发动机采用本田摩托车 电喷发动机，排量 599未限流情况下的最高功率为 86高转速将近 13000r/由于大赛规则发动机节气门后需要安装内径 20限流阀，故其最大功率，最大扭矩与原厂发动机有较大出入。 1、 加 装限流阀后的发动机参数 表 3动机动力试验参数 发动机型号 最大功率 最大扭矩 3动机外特性试验参数 N（ r/ 3500 4500 5500 6500 7500 8500 9500 10500 8 m) 上发动机转速与对应的功率是根据原有外特性曲 线，在考虑了比赛要求需要加装 20限流阀的情况下其他同型号发动机通过台架测试得到的。但每台发动机的工况不尽相同，标定也千差万别，进排气改进等其他的方面也都不相同，此数据可能与实际可能存在一定的出入。因为在此计算之时发动机未进行改装，无法得到确切的数据。但通过全国其他各学校 数据仍然有较高的参考价值。 2、 速 箱参数 变速箱参数见表 3 3速箱参数 3、 车轮参 数 中国大学生 方程式 汽车大赛中规则规定需选用至少 8 寸轮辋的轮胎。但鉴于尺寸的大小与轻量化程度成 反比 ，与赛车的布置难易程度成正比。 0 寸与 13 寸为主流。我校车队此次选用 13 寸轮胎，通过官网查的此款轮胎的数据，如下 图 发动机一级减速器传动比 档速比 档速比 档速比 档传动比 档传动比 档传动比 9 图 3胎数据 由于价格，规格等因素，选用上述中型号 43101 的干胎， 轮胎外径尺寸，由于此数据采用英制单位，通过计 算转化为国标标准单位， 约为 车轮的半径 R= 车动力性计算 赛车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性， 所以 动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。 动力性评价 指标 主要有三个： 1、 汽车的 最高车速 车通常受到赛道的限制无法达到最高车速 ； 2、 汽车的加速性能（加速时间 t）； 3、 汽车的爬坡 性能 （最大爬坡度 对 车而言不需要考虑爬坡度 这一项。 减速比确定 由变速器输出轴 链轮 齿数 5，变速器 6 档的传动比 动机内部减速器传动比 动机处于最大扭矩时，转速约为 9000轮直径为 动力性部分的驱动力平衡图可知，在 150Km/h 速度时候，驱动力大于阻力，所以发动机最高转速下的功率可以满足最高车速，即六挡情况下发动机转速 10500到最大车速，设定最高车速为 150 Km/h。 根据公式（ 3 hU a / ）（ 主减速比发动机 （ 3 式中： 汽车最高 行驶速度 n 发动机最高转速，取 10500； 发动机i 发动机i 发动机内一级主减速比，取 6i 发动机六档传动比， 10 主减速比i 所需计算的传动系主减速比，； 代入式（ 3到主减速比 主减速比i = 车驱动力的计算 1、 赛车驱 动力计算公式 （ 3 r/ 发动机主减速比 （ 3 式中： 发动机转矩 50 变速器传动比，取一档 主减速比i 主减速器减速比 动机i 发动机内减速比 t 传动效率，取 r 滚动半径 代 入式（ 3到 000N 2、 赛车行驶速度公式（ 3在驱动轮不打滑的情况下） 发动机主减速比 3 式中： 汽车行驶速度； n 发动机转速 10500r/ r 滚动半径 代入式 （ 3得到 162km/h 3、 滚动阻力系数公式（ 3 3 式中： f 滚动阻力系数； 汽车行驶速度，取最高 km/h； 代入 式（ 3到 f=4 4、 空气阻力公式（ 3 11 （ 3 式中 ： 空气阻力 ； A 迎风面积，取 1 2m ； 空气阻力系数，取 汽车行驶速度，取最高 km/h； 5、 动力因数公式（ 3 t （ 3 式中： D 动力因数； 赛车驱动力； 空气阻力； 6、 滚动阻力公式（ 3 （ 3 G 整备质量或满载质量； 7、 加速度计算汽车旋转质量换算系数按照经验值取取 车动力性的验证与优化 通过上一节 计算得到了一些基本的动力性计算结果，在这一节中，利用件对上述计算结果进行程序分析运算，得出曲线图，进一步说明赛车的动力性。 合外特性曲线图 根据表大致得到发动机外特性曲线如下： 12 图 3装限流阀后的 特性曲线 动力 图 3动力 图 13 上图为驱动力 图中可以得到 车的最高车速 。而比赛之中速度一般不会超过 100，所以最高 车速对于该赛车的设计而言不是特别有参考价值。 动机功率 图 3动机功率 从上述功率平衡图可以从另一个方面看到赛车可达到的最高时速，并且在最高时速是发动机仍有向外做功的能力，即仍然拥有爬坡能力。 速度特性曲线 图 3速度特性曲线 14 从上图中可以明显得看到，在一档 时赛车的最高加速度达到将近60km/h 。根据去年我校车队去年在单圈为 上海国际赛车场卡丁车赛道上最快成绩为 1 分 15 秒，平均时速约为 60km/h，在一些长直道末端可能回达道 110km/h 的极端，但大部分时候，赛车基本上不会超过 90km/h，根据赛车传动比的一些经验： (1)尽量在连续弯中不频繁在两个档位跳动； (2)尽量不要在直道末端将要进弯的时候不得不升档等原则，以上传动比的选取几乎完全符合要求。大部分使用二档行驶，在某几个直道末端会使用三档，可见理论上，该赛车应具 有良好的动力性。 力因数图 图 3力因数图 该图中可以看到赛车的动力性比较大，具有较高的加速性。通过计算可以得到最大爬坡度 赛车虽在实际中无需考虑爬坡性能，但计算得到的结果可作为赛车动力性的一个参考数据。 动方式确定 赛车传动系统的动力由发动机输出。已确定赛车使用 号发动机。目前发动机确定布置方式为横置，即发动机输出轴与赛车的行驶方向垂直，与车轮的转动平面平行。可选用轴传动，链传动，带传动这三种布置方式，随后动力传入至差速器，差速器通过将转矩配位到 两侧的半轴，半轴与 15 立柱由万向节、花键相连，最后动力被传递到车轮驱动赛车行驶。 方程式赛车传动总成图示如下： 图 3车传动系 车传动系统的动力由发动机输出。我们初步计划赛车使用的 动机总成外形尺寸较大，而车架布置空间有限，因此发动机在车架上的布置情况对传动系统设计有重大影响。 发动机图示如下： 图 3动机简图 赛车车身体积 狭小 ，所以传动系统方案布置紧凑。在有限的空间内实现传动系统设计目标，系统设计可选方案有二：链传动和轴传动。 方案一： 传动系统 为链传动，发动机总成 横置 16 优点：发动机总成输出轴转动方向和驱动轮转动方向一致，不需要换向机构； 缺点：发动机总成横置后输出轴过于偏离车架中轴线，基本紧贴车架外壁内侧，这样后桥左右半轴长短悬殊，不利于车辆行驶稳定。 方案二：传动系统为轴传动，此方案发动机总成纵置。 优点：发动机总成 输出轴 轴线 可以与车架中轴线重合，左右半轴长度接近；主减速器同时实现动力换向和减速增扭两大功能。 缺点：因密封和润滑要求，主减速器和差速器需要外罩一个箱体。箱体体积较大，后桥布置较为拥挤。轴传动系统重量较链传动大。 考虑发动机总成在 车架 上的布置情况和后续 设计难易程度，传动组在仔细分析了以上两种传动方案的布置情况后，最后选择链传动 传动系统初步布置如下： 传动链传递发动机输出的动力和扭矩，主减速器连接传动链和差速器。后悬架独立悬架，所以后桥有左右半轴两根传动轴，左右半轴由差速器连接。综上，传动系统初始 方案 为：发动机总成 主减速器 左右驱动轮 ，如下图： 17 图 3动系方案 18 第四章 动力总成与车架的连接及与驱动轮的传动 设计 速器固定 由于没有驱动桥壳，所以差速器需要单独固定，因此设计差速器固定吊耳来固定差 速器，在 行驶 过程中由于震动的原因传动链会产生松动，需要张紧装置对链条进行张紧。 差速器固定设计两套方案 方案一：通过吊耳将 差速器 总成固定在车架上，吊耳形状如图 4 4耳 将吊耳一端直接 固定 在车架上，另一端通过调整装置与车架连接，张紧装置是带有正反螺纹的 套筒 螺母 ，通过调整螺母进行张紧。 结构如图 4 4案一 19 优点：结构简单，加工工艺简单，加工成本低，质量小。 缺点：稳定性不好，大小链轮对中困难。 方案二：将固定板与差速器固定，再通过固定板与差速器连接在车架上，固定方式 如 图 4 4案二 通过调整固定板 的位置对 链条 进行张紧，结构如图 4 4定板 20 优点：差速器 稳定性 好，滑道固定方式简单，不用焊接，拆卸维修方便，大小链轮对中 行好 。 缺点：结构 复杂 ，加工成本高，质量大。 轮法兰设计 发动机动力由 差速器 传到半轴，半轴与外球笼连接，最后动力由外球笼传到车轮轮芯，最后传到轮毂。车轮轮芯作用是连接轮毂与半轴，同时安装制动盘。车轮轮芯需要自己设计加工。车轮轮芯设计时考虑：前轮为非驱动车轮，在末端设计有螺纹，通过专用螺母 固定在立柱上。后轮为驱动轮，半轴内有花键连接，由于内花键加工困难，加工成本高，后轮轮芯通过夏利车轮芯改装而成。保留夏利轴芯的内花键，对轴芯二次加工 21 小链轮的设计 轮齿数 1Z 、 和传动 2Z 比 i 的计算与确定 小链轮齿数 链传动的平稳性和使用寿命有较大影响。齿数少，外廓尺寸小，但齿数过少，运动不均匀性加剧，动载荷和冲击加大；链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，铰链的磨损加剧；链传递的圆周力增大，加速了链条和链轮的损坏。齿数过多，将增大传动尺寸和质量链条磨损后节距的伸长容易发生跳齿和脱链，同样会缩短链条的使用寿命。 数的选取原则 1、 链传动速度高时，齿数多些； 2、 为考虑磨损 均匀 ，链轮齿数应取与链节数互为质数的奇数，并优先选用以下数列： 17、 19、 21、 23、 25、 38、 57、 76、 95、 114。 3、 链传动 比 i 一般 7，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到 10。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿、破坏正常啮合。通常包角最好不小于 120 度，推荐传动比 i=2 动比的确定 由 厂 发动机 变速器输出的轴链轮齿数 5，变速器 6 档的传动比 动机内部减速器传动比 动机处于最大扭矩时，转速为 9000轮直径为 动力性部分的驱动力平衡 图可知，在150Km/h 速度时候，驱动力大于阻力，所以发动机最高转速下的功率可以满足最高车速，即六挡情况下发动机转速 10500到最大车速，设定最高车速为 150 Km/h， 根据公式 （ 4： 链传动比2 （ 4 可 得 2Z 为 47。 22 轮的计算与选取 在同类产品中，按组成链条的基本结构，即根据元件形状、同 链条 啮合的 零件 和部位，零件间尺寸比例等方面划分所属链条产品系列。链条的种类很多，但它们的基本结构只有以下几种，其它都是这几种的变形。 我们可以从以上几种的链条结构看出，大部分链条都是由链板、链销、轴套等部件组成。其它类型的链条只是将链板根据不同的需求做了不同的改动，有的 在链板上装上刮板，有的在链板上装上导向轴承，还有的在链板上装了滚轮等等，这些都是为了应用在不同的应用场合进行的改装。 一定条件下，节距越大，链传动承载能力越强，但节距越大，链传动的多边形效应越严重，动载荷、冲击、振动越严重。所以，为使链传动结构紧凑、寿命长，尽量取小节距的单排链。工作情况系数的选取结果见 表 4 表 4作情况系数 作特性 平稳传动（如电动机汽轮机，装有液力耦合器的内燃机） 轻微冲击（如六缸或六缸以上内燃机装机械式联轴器） 中等冲击（如六缸或六缸以下内燃机装机械式联轴器） 平稳运动 等运动 重冲击 取工作情况 系数 A K =传动速度高， 传递 的功率大；或传动中心距小，传动比大，取小节距的多排链。若传动中心距大而 传动比 小，取大节距的单排链。主动链轮齿数系数的选取结果见表 图 1 链 排数的选取见 表 4 表 4数系数 排数 1 2 3 4 1 23 综上所述：初定型号 525，节距 p=单排链。 链轮分度圆直径 2d 与 齿顶圆直径1由公式（ 4 ： 22 4 得到 2d = 2d 取 232公式（ 4 ： )(a （ 4 得到2240由公式（ 4 ： 11 4 得到 1d = 1d 取 76 公式（ 4 ： 24 154.0 a （ 4 得到113 据大链轮的齿数 2z 、分度圆直径 2d 与齿顶圆直径 2设计的链轮如图 4 4轮设计图 中心距 a 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 a=(30 50)p,0p（张紧或托板），中心距不可调时， 30p。 综上所述：初定 a=30p= 1、 链节数 计算 由公式 （ 4 012210 (22 （ 4 式中： p 链条长度 0a 链轮中心距 25 代入式（ 得到 于 要取整，且最好取偶数。即 4 链节距 p 的计算 首先 需要 确定系数 主动链轮齿数系数 查机械手册表得到 小链轮齿数系数 查机械手册表得 选单排链， 查表得 所需传递的 额定功率 为 40 根据所得到的 最大 传递功率要求，查阅资料， 选择滚子链型号为 525，链节距 p= 2、 中心距 的确定 由于公式（ 4 ）（ 2 2(4 122121 p （ 4 式中： p 链条长度 0a 链轮 中心距 链节数 代入式 （ 4得到 a= 250、 小 链轮轮包角 1 的计算 由公式 （ 4： 0121 a . 30 ）（ 4 式中： 2d 链轮 分度圆直径 1d 齿顶圆直径 链轮 0a 链轮中心距 代入式（ 4到链轮包角 1 26 速器的设计与选择 汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动链，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴 驱动 车轮，在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件 是差速器和主减速器。差速器是驱动轿的主件。普通差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成。它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。 由于差速器允许车轮以不同转速转动，所以在泥泞等路面，当一个车轮打滑时，动力全部消耗在飞快转动的打滑车轮上了，其他车轮会失去动力。通俗的话说，差速器是让车辆转弯时候内外轮有轮速差用的，否则车辆转弯就会困难，但是差速器在越野道路上就是帮倒忙的。 因此，在四驱车上，还需配有 限制和防止打滑的装置，如 差速锁 、 限滑差速器 、 牵引力控制 系统等。 速器原理 差速器的这种调整是自动的，这里涉及到 “ 最小能耗原理 ” ，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动。同样的道理，车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速 转弯时，由于外侧轮有滑拖的现象，内侧轮有 滑转的现象，两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力，由于 “ 最小能耗原理 ” ，必然导致两边车轮的转速不同，从而破坏了三者的平衡关系，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异。 驱动桥两侧的驱动轮若用一
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