大学生方程式赛车整体车架、标准安全系统、座椅及附件设计【优秀机械毕业设计论文】
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大学生
方程式赛车
整体
总体
车架
标准
全系统
座椅
附件
设计
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份。42页，20700字。
外文翻译一份。
开题报告一份。
UG图一份。
图纸共3张，如下所示
A0-FSC前环焊接图.dwg
A0-FSC赛车车架.dwg
A0-FSC赛车坐椅.dwg
- 内容简介：
-
a on of a a a 002, an N 8 (2010) 585597(& 2007). is K. 2008). i of as an to 967 2010 +82 2 880 1941; +82 2 882 as it or a 2003) a s of is of to of of to SF by an on 2001). In is as a 2004). of 1 002, a of of of 2003). In to 2000). ac et an & 2004). is a a it TT of CC in it to CC in of to to as as 2010 of of to a 2001)be (1) an an or an 2008) by 2) by of a 599 &D 413 0093 0103 010on a is a ia,51of a CC to by is CC on N to a on a in a of CC et (2010) 585597586in to on be & 2009). to to to of to in to Jo et a & 2008). In a is in of of to of or of to of of G to of of of of of of of of to at by SC A to an to CC in of CC to at in by In to as a et 2007), is CC on on a a of CC 2006). of on of 2004)of by a a on a on by in 2006a). A it to of of of of of of of of of of of CC is to a to of by as SC CC to in of in by on s s of CC to As in OM et 2007), is on of be at OM to to in by in I/CC is to N at in of 1 a of I/CC of as it a a in as of as SC of A in is on on s is to as RI is to an I is a it is f, _f, on in et 2007):1), 0 2of is by 1) a I of I is et 2007). be on a SC to it to 1. CC 1, :1J. et (2010) 585597 5872. CC N o 12345678o lo m/sJ. et (2010) 585597588& 2004). by a & 2008)I is in CC is in so 4 as a of 4(a) of of 3.2 5.6 is 5.6 In or at .2 s, 3. is as 4(b)(d). In in is at I a is is or in a is in if a of of by If is in be in & 2009)by 12345678o in is b, I so 5a of . as 5, to a a is on s is to b, to 4. N et (2010) 585597 5895. , is of .3 2006). ge,s to is a km/h on f I is or is or In is to a in 6. A 2-D of 9999999of in the1 设计和评价一个统一底盘控制系统在虚拟测试轨道上的车辆防侧翻和稳定性改进 摘 要 本文介绍的是统一的底盘控制 (统的发展和在虚拟测试轨道（ 上控制系统的评价。统一底盘控制系统的目的是防止车辆侧翻，并通过集成电子稳定性控制 （ 和主动正转向 (改善车辆的操纵性和其横向稳定性。防侧翻通过速度控制可以达到，通过偏航速率控制可以改进车辆的稳定性。因为统一底盘控制器总是与驱动程序一同工作，车辆的总体性能不仅依靠控制器工作的好坏而且依靠它和驾驶员的相互作用。通过全面的驾驶模拟器上由组成的实时 汽车驾驶模拟器、 视觉动画引擎、 可视显示和合适的人车接口的虚拟测试轨道研究了车辆性能和车辆、控制器和人力驱动程序之间的交互作用。虚拟测试轨道已开发和用于对统一底盘控制系统在实验室中的各种现实情况下的评估。并且使在实验室对底盘控制器的评估中不带危险和伤害的实地试验成为了可能。并且值得关注的是还承诺了可以节约发展成本同时也全部循环利用了整体发展周期。 1. 简介 车辆侧翻在地面运输的区域里是一个严重的问题，由国家公路交通安全管理局 (版的一份报告发现即使侧翻构成的所有意外只占有一小部分，但是只要它 发生了，就会造成不成比例地大部分的严重和致命的伤害。在 2002 年，有近 1100 万辆乘用车、 皮卡和轻型客货车发生了撞车事故 ，然而只有 事故与侧翻有关。但是，由于车辆侧翻而导致的致命的车祸发生了约 其相应的百分比明显高于其他类型的事故2 (2003 年 )。为了帮助消费者了解车辆可能发生的侧翻， 出了使用静态稳定因子 （ 侧翻抵抗评级程序，这是利用高度重心 (的半履带宽度的比率来确定的翻转抵抗评级。 汽车行业内受到质疑，因为它没有考虑到悬架 的偏转、轮胎牵引方面或车辆控制系统的动态的影响。因此， 2002 年， 表了另一个公告就确定了动态翻转的测试程序 (2001 年 )。 大多数现有的侧翻预防技术可分为两类，即 类型 (1) 是通过主动悬架、 主动防倾杆或正向稳定器直接控制车辆翻转动作 (陈 & 许， 2008 年 )，这种类型可以通过提高侧翻最低限值来防止车辆的侧翻； 类型 (2) 是通过差动制动和主动前轮转向来控制车辆的偏航运动从而间接影响车辆的侧翻动作的类型 (韦兰加 & 昌西， 2000 年 )。一些有关侧翻发现和侧翻的预防措施的研究已经 开始做了。海克等人提出了一种算法，可以发现悬置侧翻和一种基本预估的侧翻指数 (海克、布朗 &马丁， 2004 年 )。陈和鹏提出一种基于时间过度 (公制的抗侧翻算法 (陈 & 彭， 2001 年 )。在这个研究中，差动制动被选定为驱动的方法。安格人和彭为防侧翻评估车辆动力学控制 (系统 (安格人 & 彭， 2004 年 )。杨和刘韦防侧翻制定了一个结实的主动悬架(杨 & 刘， 2003 年 )。 斯科菲尔德和海格隆德为防侧翻制定了一种方法，即采用最佳的轮胎分布力 (斯科菲尔德 & 海格隆德， 2008 年 )。月恩和易提出了 一个翻转指数，指示车辆侧翻的危险，和侧翻缓解控制系统的基本指数一样，通过电子稳定控制 (减少侧翻的指数 (月恩、基姆 & 易， 2007年 )。由于横向加速度是车辆侧翻的主导因素，很多研究防侧翻已建议使用偏航运动控制以减少横向加速度。然而，由于这些翻转预防计划只专注于减少横向加速度，车辆的操纵性和横向稳定性就无法保证了 (月恩、稠、酷、易， 2009 年 )。因此，当防侧翻控制器工作以减少横向加速度时，它就会倾向于向计划相反的方向运动。这可能会导致车辆偏离道路，从而导致事故。乔等人为房侧翻制定了车辆动力控制系统 （ 来确保车辆的横向稳定性 (乔、尤、杰昂、李 & 易， 2008 年）。在这个研究中， 设计出来，以及优先考虑了防侧翻、过度侧滑角度和车辆的不足转向和过多转向。然而，这种方法会导致车辆的可操纵性或防侧翻的减少。 出于此原因，统一的底盘控制系统 (设计出来用于防止车辆的侧翻。同时，通过结合各自的底盘控制模型来保证良好的操纵性和横向稳定性。3 例如，电子固定控制 （ 和主动前转向 （ 。设计了一种车辆速度控制算法以防止车辆侧翻。另外一种用于控制偏航运动的算法旨在提高可操纵性和横向稳定性。拟 议的统一底盘控制 （ 工作以增强可操作性和在没有侧翻危险的正常驾驶的情况下的横向稳定性。当侧翻的风险增加，启动统一底盘控制 （ 来防止车辆侧翻，同时可以确保车辆通过司机的驾驶可以在小路上不断移动。为了检测即将发生的车辆侧翻，侧翻指数 (已经在事先的研究中被计划使用了 (月恩等人， 2007 年 )。 因为统一底盘 （ 控制器总是与司机的操纵一起工作，所以全部车辆的动作将不仅仅依靠控制器工作的好坏，而且也依靠和司机的相互作用。因此，一个封闭的循环评估在 （ 控制器设计中比开环模拟影响更大。所以人 们总是规定了更有效的转向 (钟 & 易， 2006 年 )。此外，主动安全系统，例如统一底盘控制 （ ，主动巡航控制、碰撞预警、 碰撞躲避系统等，评价严重依赖实地测试，需要费时和昂贵的试验，并往往产生重大的危险 (汉 & 易， 2006 年 )。基于模型的模拟使成为可能执行详尽设计试验和现场试验前的评价。出于此原因，一个有关虚拟测试轨道 （ 的全面的驾驶模拟器已经被开发了。并使用在统一底盘控制的人权循环评价中。基于急速控制 （ 的概念，在虚拟轨道 （ 中已经在 2004 年被李描述过了。 在这篇文章中，统一底盘 控制 （ 算法的控制性能已经被研究了。通过一个真实的循环仿真，并运用在了虚拟测试轨道上 （ 。在测试中，根据虚测试拟轨道，通过由十三名司机进行控制和细节分析及总结的结果。 2. 统一底盘控制器设计 在这个研究中，统一底盘控制 （ 系统旨在防止车辆侧翻并提高操纵性和横向稳定性，通过结合独立底盘控制模型。例如，电子固定控制 （ 主动前转向 （ 。总共有三种控制模式，分别是 分别表示防侧翻、可操纵性和横向稳定性。统一底盘控制 （ 工作是以增强可操作性和横 向稳定性，这是在正常的没有侧翻危险的情况下。可操纵性和横向稳定性的改善是通过在实际偏航比率和期望偏航比率之间减少偏航比率的误差来实现的。该驱动程序是建立在司机转向输入和车辆4 的侧滑角的基础上的。当有高度侧翻危险时，启动统一底盘控制 （ 工作，来减少车辆的侧翻，同时，提高车辆的可操纵性和横向稳定性。如在上一节中所述，因为之前的研究考虑到了减少侧翻的控制 (即基于 制 (月恩等人 ， 2007 年 )。只着眼于预防车辆的侧翻，因此就不能保证车辆的操纵性和横向稳定性。由于车辆侧翻确实会存在较大 的横向加速度，先前的侧翻基本指数 于 控制器就起作用了，从而减少了横向加速度。此控制器的策略会倾向于司机控制车辆的相反的方向，可能会引起车辆偏离路面，从而导致交通事故。为此，侧翻指数 / 车辆基本底盘控制器就被设计出来，旨在防止车辆侧翻并同时确保车辆可以在司机的控制下在小路上连续移动。 图 1 显示的是一种侧翻指数 辆横向基本统一底盘控制策略的概念算法。实施的统一底盘控制系统由高低级别的控制器组成。其中高级控制器确定控制模式，如防侧翻、操纵性和横向稳定性 ；它也计算的所需的刹车力和为其目标所需的 偏航力矩。每个控制模式都控制一个偏航力矩和纵向轮胎力，在其轨道上带着它一致的目标。在低级别控制器中输入控制模型时，它就计算出纵向及横向轮胎力。如电子固定控制 （ 和主动前转向 （ 。 5 级控制器：决定所需制动力和所需的偏航力矩 高级控制器包括三种控制模式和一个逻辑开关。一种控制偏航力矩和纵向轮胎力由在轨道上的一致控制模型决定。所以，开关控制决定了它的基本起点。在司机的驱动程序的输入和传感器信号的基础上，高级控制器控制的模型就被选择了出来，如图 2 所示。在此研究中，侧翻指数 用于检测即将发生的车辆侧翻上。其中侧翻指数 无量纲的数，它可以指明的车辆侧翻风险。它是通过以下式子计算的： （ 1） 精确的横向加速度估的翻转角度 ，估计的翻转比率 ，和依靠车辆几何学所得出的严谨的结果 (月恩等人 ， 2007 年 )。 在公式 (1)中， 1C 、 2C 和 1k 都是正常数 （ 0 1C 1,0 2C 1） 。 1C 和 2C 是重量参数。与车辆的侧翻情况和横向加速度有关。 1k 是设计参数，由翻转角度比率的几何分析决定。公式 （ 1） 中的这些参数都是由在不同驾驶环境下的模拟研究所决定的。并调整出了这样一个侧翻指数 防止车辆侧翻。一个由侧翻指数所决定的细节描述在以前的研究中被发现了 (月恩等人，2007 年 )。横向加速度可以轻松从传感器中确定，并且已经存在于车辆配备的电子固定系统 （ 。但是一些传感器需要确定翻转角和翻转比率，尽6 管它直接测量这些非常困难且代价也高 (舒伯特、 尼科尔斯、沃尔纳、空、斯基夫曼， 2004 年）。 由于这个原因，翻转角度和翻转比率总是被一个类似翻转状态预测器的基本模型所预测 (帕克、月恩、易 & 基姆， 2008 年 )。 制定侧翻指数 预估应用在车辆试验的数据是从曼多公司（ 获得的。记录的实验数据应用在这个评估中并不是出自统一底盘控制系统 （ 。换句话说，曼多 （ 控制算法是不同于本文所描述的。所以测试得到的结果与预期结果相比较会显示一些不同。图 4 显示的是车辆测试数据和翻转指数，这是由国家公路交通安全管理局（ 发明的鱼钩实验。作为一个为动态侧翻倾向预测的动态实 验，实验的结果用于整车质量评估上。鱼钩实验的操作步骤在图 3 中所示。 图 4(a)中所示的是在两种实验案例下车辆转向角的时间历程。其输入速度分别是 里 /小时，但车辆横向稳定性控制输入仅适用于 小时的案例。在这两种情况下，一个或两个轮子被抬升了约 4.2 s，但是侧翻趋势却一致增加了。因此，一旦选择控制输入，翻转角度和横向加速7 度均会下降，侧翻指数也就一起随着下降了，如图 4(b) (d)中所示。与控制情况相比较，侧翻角度、 横向加速度和侧翻指数在非控制情况中一同的增加了。因此得出， 车辆 的侧翻持续了大约 6s 的时间。 8 如果侧翻指数 （ 超过特定的阈值，防止侧翻的模型 被激活了。另外，控制器既是可操纵性得模型也是横向稳定性的模型。在一个很小的侧滑角下，可操纵性模式中的控制器，也就是 起作用了。如果实际偏航比率和所需的偏航比率之间的差值超过了特定的阈值，处于激活状态下的横向稳定模型就由车辆的侧滑角决定。如果侧滑角超过它的临界值，在横向稳定性模型中的控制器，也就是 和侧滑角就能被存在于车辆中的传感器在有限的时内成功的检测到（尤、哈恩、李， 2009 年 ）。 可操纵性和横向稳定性由偏航力矩控制方法所保证。而防止侧翻通过偏航力矩 /速度控制来实现。高级控制器计算出所需要的制动力，为防9 侧翻和所需的偏航的力矩 的可操纵性和横向稳定性。在高级控制器中，所需的控制模式切换的状态转换图见图 5。 用于状态转换的信号是偏 航比率的误差e，侧滑角 以及侧翻指数 致于图 5 中的每一项都代表了一个转换器。并在表 1 中描述了其激活的条件。当车辆的状态是处于 或 ，正如图 5 中所示的一样，偏航力矩控制就被应用到了，并生成所需的偏航力矩来跟踪目标偏航率。在，目标的偏航比率在司机的转向输入的基础上生成了，目的是为了提高操纵性。在 ，目标偏航比率的产生是为了减少过多的侧滑角 。为实现车辆的横向稳定性。当车辆状态是 ，偏航力矩和速度控制被应用了，并分别为车辆稳定性生成所需的偏航力矩和防侧翻的制动力。 在表 1 中，侧翻指数的起始值（被设置为 是比较重要的数值。因为所有车辆的车轮都是与地面直接相接处的。 的起始值（）被选定为 是在假定文章中的 =前提下的。（拉贾玛尼， 2006 年）。偏航比率误差e的起始值（）设定为 s，是为了给出最大的偏航比率误差。当车辆从小路上以 60km/h 的速度行驶到干燥的柏油路上。 纵性 和横向稳定性预设偏航力矩（ 式） 如果侧翻指数 小， 型就被激活了。目的是为了分别实现所需的 可操纵性或横向稳定性。在这种控制模式中，所需的偏航力10 矩被确定出来其目的是通过使用一个自行车模型计算目标车辆响应来减少偏航率误差。这种线性模型在特定的区域内可以表示线性轮胎特性，并且在许多出版的刊物中已经被证实了 (例如，纳盖、斯诺及高， 2002 年）。另外，因为车辆主动安全控制应该在车辆进入任何危险的情况之前被启动，此时，轮胎处于极限附着状态附近，轮胎的特性已经超出了线性区域之外，此时，控制就开始起作用了。因此，线性自行车模型能足够设计出一个控制器，来确保车辆的稳定性。 采用直接横摆力矩控制的方法来确定所需的偏 航力矩，图 6 中显示了2行车模型，包括了直接偏航力矩 2行车模型的动态方程表示如下所示： 一般情况下，通过公式 (2)，所需的偏航比率，在司机的转向输入的基础上，理论上根据线性轮胎力的 2行车模型确定。自行车模型的稳态偏航比率已经介绍过了。车辆的可操纵性又由司机的目的所反映，这就表示出了车辆的纵向速度和驱动程序的转向输入功能，如下所示： 11 所需的偏航比率，如公式 (3)中提到的，被作为参考 制 模式的偏航比率。 一般情况下，如果侧滑角超过了 3 的话，横向稳定性就无法保证了。过度的车身侧滑会引起车辆偏航动作的延迟，从而使司机的转向输入增大，并威胁到了车辆的横向稳定性。如车辆的侧滑角增加，稳定偏航力矩就取决于转向输入的减少，因此，该车辆的横向动作就变得不稳定。所以，控制就介入进来以保持车身的侧滑角在小于 3 的范围之内合理的变动，这样就会按照需求提高车辆的横向稳定性 (乔等人， 2008 年）。 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 4 月 10 日 课题名称 大学生方程式赛车设计（整体车架、标准安全系统及座椅设计 ） 学生姓名 席文宽 专业班级 车辆 093 班 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 中国大学生方程式汽车大赛 是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加 的赛 车设计与制造 的 比赛。 2010 年第一届 中国汽车工程学会、中国 21所大学（专）汽车院系、易车（ 合发起举办。大赛秉持“中国创造擎动未来”的宗旨，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现状，吸收并借鉴其他国家 造一个新 型的、以培养中国未来汽车产业领导者和工程师为目标的公共教育平台 。 大学生方程式汽车大赛是一项非常有意义的赛事，通过制造一辆赛车可以培养及提高学生动手能力、创新能力及团队协作精神，同时还能够紧密结合汽车工业最先进的科学技术，让广大学生把最前沿的工程技术与课本知识有效地结合起来。全面提升汽车专业学生的综合 素质，为中国汽车产业的发展积蓄人才。 大 学生方程式赛车设计是一项具有重要意义的毕业设计 。 其目的一是 重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台； 二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升 。 此次设计 为方程式赛车整体车架和座椅安全附件设计，其 主要依据中国大学生方程式大赛规则。 众所周知，车架就是一辆赛车的框架结构，整体车架 作为赛车的承载基础是赛车的主要承载构件，其功用是支撑发动机、离合器、变速、底盘和车身 各主要总成的安装机体，同时承受这些总成的重力以及其传给车架的各种力和力矩 。 另外车架还应该具有足够的刚度和强度，用以保证车架其具有可靠的寿命和最小的变形量。在满足刚度和强度的前提下，车架还应有较小的尺寸和质量，以降低整车的质量。因此，方程式赛车的车架设计是一项非常重要并且有意义的设计。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国外方程式赛车起步较早，因此车架设计水平也比较先进。 在发达国家，很多高校已经从事方程式赛车设计超过 20年时间，在拥有大量资金和试验基础的情况下，他们设计的车架 已经基本达到了专业 水平。 例如美国麻省理工大学 2012年设计的赛车车架已经采用复合材料碳纤维一体式车架，这种车架最大的优点就是质量非常轻。 又如德国慕尼黑工业大学 2011年 设计的赛车车架在满足比赛规则的情况下其强度和刚度非常大但是质量有十分的轻。这些都是国内高校赛车设计难以达到的。 国内一些名牌高校也相继设计和制造了方程式赛车去国外参加比赛。 上海交通大学机械与动力工程学院于 2006年率先开始致力于 程式赛车的开发研制。 其车架的设计采用的是空间桁架结构，材料为 20但保证了车架的强度和刚度，还对 车架进行了有限元分析和优化设计，使其更加符合要求。 上海交通大学 007年 和 2008年又相继研制出了两辆 方程式赛车。其车架的设计基本延续了第一代赛车车架的设计，没有太大的改变。 天津大学赛车队在 2010年设计制造的第一代方程式赛车的车架设计也采用的空间桁架式结构，但是材料是 20号钢材， 在满足强度和刚度条件下节约了大量的成本。并且对车架的全方位进行了系统的有限元分析， 提高了赛车的安全性。 本次设计的方程式赛车车架在参考我校前两代赛车 的基础上，采用的也是空间桁架式车架结构。在车架的选材上为了最大限度的节约成本，本设计选用 20号钢材。其优点不仅仅是材料价格便宜，最主要是低碳钢容易加工和焊接，焊接出来的车架也比较结实耐用。另外，本次设计的车架在形式和结构上与 我校前两代赛车又有所不同。第一代赛车的车架做出来尺寸较大，导致整车质量十分笨重，第二代车架的结构尺寸有太小，使驾驶员操作十分别扭。因此，本次车架设计既考虑了整车的结构尺寸，又兼顾了驾驶员的操作舒适性，设计出的车架既能满足大赛规则，又降低了整车重量，使赛车显得小巧灵活。还有，对于车架的一些 细节我也做了大量的改进和优化。例如，车架的前环应该向前倾斜 10度的角度，这样做的目的是增加了座舱的空间， 使驾驶员更容易逃生。本次设计的车架主环高度为 1050上一代降低了一些，使整车质量有所减少。 3. 课题设计（或研究）的内容 方程式赛车整体车架、标准安全系统及座椅附件设计：（ 1 人）车架的结构形式与尺寸确定，车架设计计算，绘制整体车架布置图及零件图。按照比赛规则标准对方程式赛车安全系统进行计算，按照比赛规则标准对方程式赛车附件设计，绘制装配图 及零件图。 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 车架 及其零部件，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。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、搜集、分析赛车相关资料，并参观我校两代赛车，测量记载所有数据，与指导老师交流 ，确立车架 设计目标，确定方案并进行论证； 2) 参照大赛规则、机械设计手册及往届比赛车型参数，初选赛车车架基本参数 ； 3) 进行赛车车 架 设计的方案分析论证，完成主要设计参数； 4) 校核零件使其满足使用要求，分析赛车车架的刚度及强度 ； 5) 总体布置，完成装配图、零件图及说明书。 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 毕 业 设 计（论 文） 题目 大学生方程式赛车设计（整体车架、标准 安全系统、座椅及附件设计） 2013 年 5 月 30 日 I 方程式赛车整体车架设计 摘 要 本文依据大学生方程式汽车大赛 事技术规则对大学生方程式赛车整体车架、标准安全系统、座椅及附件进行了设计及制作。 在 车架设计当中不仅需要考虑赛车车架结构合理性以及强度和刚度能否满足要求，同时必须考虑赛车发动机、驾驶员的布 置以及赛车各个总成的布置 ，最终 还必须考虑车架的加工制造的可行性。本文在完全满足上述要求的前提下对车架、标准安全系统、座椅及附件进行了设计。 在车架设计之初， 将方程式汽车 大赛的有关规定和评分标准， 作为后续车架设计 的技术 规范要求；为了 达到 车架结构设计 合理 性的目的 ，本设计 参考了湖南大学、天津大学以及部分国外 大学 的车架。进入设计阶段， 本设计通过分析 比 较 几种 车架的结构形式 ， 决定 选择 桁架式车架 ,之后 选择 车架的材料 为 4130 钢 。 然后 依据技术规范、赛车的整体布置、发动机以及 各总成的安装 确定车架的 具体 尺寸， 并在 件中 建立 车架的模型 。 再 对车架进行 优化 设计和受力分析， 使各 总成 能合理 的布置在车架上，直至 车架结构满足各个方面的要求。 本设计还依据赛事规则对标准安全系统、赛车座椅以及附件进行了设计和说明 。 关键词 ： 架，技术规范， 安全系统 ，发动机 A of is to I is or or At I of I to At of I a In to I to In of I be 130. of to I G. I in of I to 录 前 言 . 1 第一章 绪 论 . 2 述 . 2 国大学生方程式赛车简 介 . 2 第二章 车架的设计和制造思路 . 4 架的设计思路 . 4 架的功用 . 4 赛车车架的要求 . 5 架形式的确定 . 5 架的制造思路 . 6 架材料的选择 . 6 架的焊接方法 . 7 第三章 车架的结构设计 . 9 车车架材料的技术规范要求 . 9 车车架整体结构的设计 . 10 架前环的设计 . 11 架主环的设计 . 11 架其余结构的设计 . 12 车驾驶舱的设计 . 14 车各系统及零部件在车架上安装位置的设计 . 15 3 悬架系统的安装位置的设计 . 15 3 转向系统安装位置的设计 . 17 3 传动系统的要求 . 18 全系统的要求 . 19 第四章 车架的综合实验 . 21 架的计算 . 21 架的应力测定 . 22 架应力的消除 . 22 架的刚度测定 . 22 靠性与耐久性台架试验 . 23 靠性道路试验 . 23 第五章 赛车车架的模拟力学分析和优化 . 24 架在实际环境下的受力 . 24 架力学分析的必要性 . 24 架的模拟力学分析 . 25 架在静载下的受力情况 . 25 架在翻车条件下的受力情况 . 26 架的 扭转刚度计算 . 27 于有限元分析方法的碰撞块分析 . 28 第六章 标准安全系统、座椅及附件设计 . 29 准安全系统的组成 . 29 准安全系统的要求 . 29 手安全带 . 30 椅及头枕的设计 . 31 椅的主要部件设计 . 32 手头枕设计 . 34 结 论 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 1 前 言 大学生方程式赛车设计是一项 具有重要意义的毕业设计。其目的一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升。此次设计为方程式赛车整体车架和座椅安全附件设计，其主要依据中国大学生方程式大赛规则。众所周知，车架就是一辆赛车的框架结构，整体车架作为赛车的承载基础是赛车的主要承载构件，其功用是支撑发动机、离合器、变速、底盘和车身各主要总成的安装机体，同时承受这些总成的重力以及其传给车架的各种力 和力矩。另外车架还应该具有足够的刚度和强度，用以保证车架其具有可靠的寿命和最小的变形量。在满足刚度和强度的前提下，车架还应有较小的尺寸和质量，以降低整车的质量。因此，方程式赛车的车架设计是一项非常重要并且有意义的设计 。 本设计在参考国内湖南大学、天津大学等高校的赛车以及我校前两代赛车的基础上，对车架进行尺寸确定以后，用三维建模软件 车架进行初步建模，之后在小组成员的讨论研究后，最终确定了车架的方案，并对整体车架进行有限元分析和优化设计，使其更好的满足方程式汽车大赛的需要并易于加工制造。之后又对赛车的标准 安全系统和座椅附件的设计进行了阐述，使其完全满足大赛有关安全系统的规则。之后绘制了两张工程图纸，以及完成了外文翻译，最终完成了本次毕业设计。 2 第一章 绪 论 述 事由美国汽车工程师协会（ 称 办。 一个拥有超过 60000 名会员的世界性的工程协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。 一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与 的国际赛事，于 1980 年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。 展的初衷是想创立一个小型的道路赛车比赛，而现在已经发展成为一个拥有大约 20 个竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和车队。 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现实的工程经历。 员在这个过程中将会经受考验，面对挑战，培养创造性思维和实践能力。 目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。 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，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。 国大学生方程式赛车简介 中国大学生方程式汽车大赛是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情， 3 精心打造的一项全新赛事。 动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。 求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐 述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。 中国大学生方程式赛车目的主要有： 1、 为中国汽车业培养人才，改进人才培养模式，增强实践经验，全面提升学生的综合能力。 2、 通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升。 河南科技大学是一所具有悠久历史的综合性大学，而车辆工程是学校的老牌专业，这次学校组织车队参赛对学校来说是个提升知名度的有效契机，我们车辆专业将不负众望，为学校建设一流大学做出重要贡献。 中国大学生方程式汽车大赛已在上海成功举办过三次，而我们河南科技大学河洛风 赛车队也分别于 2010 年和 2011 年成功参加了两次比赛。并且两次完赛，一共获得了 10 项大奖，取得了骄人的成绩。如今，在我校前两代赛车的基础上，我们的毕业设计是要设计是我校河洛风第三代赛车，并顺利参加大赛。 4 第二章 车架的设计和制造思路 架的设计思路 车架是支撑赛车的骨架，是赛车的重要组成部分之一。赛车要想做得轻巧灵活，其车架起着至关重要的作用。车架的作用是支撑赛车其他部件及总成，构成赛车的主体，因此，赛车必须能够容纳下赛车的所有部件而且还不能有太多的空间浪费。综上所述，车架设计的整体思路是以大 赛规则为依据，满足赛车车架强度和刚度的条件下重量达到最轻，满足容纳下赛车各部件及总成的条件下空间达到最小。 架的功用 大学生方程式赛车车架作为赛车的承载基本是赛车的主要承载构件，其功用是支撑发动机、离合器、变速 器 、底盘和车身各主要总成的安装机体，同时承受这些总成的重力以及其传给车架的各种力和力矩，因此， 车架应有足够的弯曲强度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在 赛 车行驶过程中保持不变并使车身变形量 保持在 较小 范围内 ；车架也应有足够的 刚 度，以保证其具有足够的可靠性和 使用 寿命，车架 的 主要零 部 件在 使用期内不应有严重 的 变形或者开裂。车架刚度不足会引起 赛车整体的 震动和 较大的 噪声，也使汽车轮胎的接地性变差， 使赛车的 通过性变坏。在保证强度、刚度 满足要求 的前提下车架的自身质量应尽可能小，以 减 少整车质量。从被动安全性考虑车架应具有吸收撞击能力的特点 。 此外，车架设计时，还要考虑大学生方程式赛车技术规范中的要求。从提高整车的横梁稳定性以及较小纵梁侧装置的悬架伸出长度来看，希望尽可能增大车架宽度，从简化制造工艺和避免纵梁宽度转折处引起应力集中而导致车架损坏来看，还要求最好车架前后等宽，但是，考虑到整车的总布置，上述要 求往往难以满足，目前，大学生方程式赛车应用最广泛的是单体式车架和空间桁架式车架。赛车车架纵梁承担了车架受力的大部分，而车架横梁将左右纵梁连接起来，构成一个框架，不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还用以支撑赛车上的主要部件。 5 赛车车架的要求 车架应满足大学生方程式赛车技术规范的要求 1、 车架应具有足够的强度，保证在各种工况下长期使用不致发生严重损坏。 2、 具有足够的刚度，车架应保证赛车的正常使用，固定在车架上的各个总成和部件的相对位置变化较小，使它们能正常工作。另一方面，当车辆在不 平道路上行驶时，为了提高其平顺性和通过能力，要求车架具有一定的柔度，即扭转刚度不宜过高。 3、 车架质量要轻，在保证强度的前提下应尽量较少车架质量以减低材料消耗，制造成本和提高使用的经济性。 4、结构应尽可能简单，便于制造。此外，简单有效地车架能使车架的质量和尺寸尽可能的降低。 5、车架要有一定的韧性。 架形式的确定 根据规则要求，通过查阅资料，发现车架的形式有很多种方案可供选择： 1、 一体式金属车架： 一体式车架就是车身与车架融合成一体的车架，整个车身的外壳本身就属于车架的一部分。此种方案可 以使得到的车架具有较轻的重量。此种车架大多选用钢或铝制成，用焊接或铆接的方法将各组件连接成一个整体。但是各组件一般用高压冲压机冲压而成，这就需要专用的设备、模具还有较大的配套设备与资金投入，所以，这种车架适合大批量生产，不适合单件生产。 2、 一体复合材料车架： 此类车架的结构形式与上面的一体式金属车架相同，只是所选的材料是碳纤维等复合材料。复合材料与钢或铝相比在同等质量下有着更高的强度和刚度。所以此类车架的质量与其他车架相比是最轻的。但是生产这类车架需要专用的加工模具，并且如果车架的设计发生修改的话，模具还 需重新再造一个，而且复合材料的车架不易于修理。这种复合材料的价格也十分昂贵，一般只有在不计成本的 车上才用。 3、 桁架式金属车架： 这种车架就是用很多金属管焊接成具有空间三角结构的框架。车上其他 6 零部件全都装在这个框架上，这种车架生产工艺简单，不需要特殊的加工技术与专用的设备，只用焊接或者铆接即可完成车架。这种方式加工成本较低，并且对车架修改或者局部加强十分容易，只需修改金属管的焊接位置或者加焊金属管即可。在同等质量情况下，桁架式车架往往可以得到比承载式车架更大的刚度。参加 赛车应该从车架强度刚度 ，加工难易程度，是否需要专用设备与技术，材料与加工成本等各方面进行综合考虑，这样才能使赛车在比赛中有良好的表现。 因为桁架式金属车架具有良好的刚度和强度，加工容易，不用专用的设备与技术，材料与加工成本都十分低廉，所以，本赛车选用桁架式金属车架。 架的制造思路 车架为钢管焊接而成，由于钢材在焊接后会产生较大的热变形，所以如何控制热变形也成了车架制造需要首先考虑的问题。根据这个问题，车架制造的整体思路确定为 先选用合适的材料，再 设计合适的夹具以及采取合适的焊接工艺来保证车架焊接后的热变形影响最 小 。 架材料的选择 由于车架是金属管焊接而成，为了满足车架的刚度强度轻量化和减小焊接时的热变形，车架材料的选择起着至关重要的作用。 表 2种钢材性质比较表 钢材是桁架式车架中最常用的材料，它具有较好的力学性能，并且焊接后也能够保持其原有的基本力学性能。钢材是最常用的金属材料之一，具有价格便宜，易于购买，加工简便等优点。在规则当中，基本材料就是钢材。基于钢材的这些优点，我决定选用钢材作为车架的材料。由于钢材的种类很材料 抗拉强度 屈服强度 断后伸长率 断面收缩率 焊接性 4130# 410 245 25% 55% 很好 30# 490 295 21% 50% 一般 45# 600 355 16% 40% 一般 30 930 785 12% 50% 焊后易冷裂 35 985 835 12% 45% 焊接性较差 7 多，我需要在其中选择最适宜的材料。表 2给出了几种钢材的性质。 从表 2们可以看出，待选的几种钢材屈服强度 逐渐增加，但是材料的韧性逐渐下降，随之焊接性也变得不好，由于车架为焊接而成，所以材料的焊接性与焊后力学性能成为重要的考虑因素。像表中的 45#中 碳 钢 ， 其 材 料 的 焊 接 性 就 较 为 一 般 ， 焊 后 接 口 区 域 性 能 不 好 。 如30然其强度与刚度较高，但其焊接性能普遍不好，并且焊接复杂，需要采用氩弧焊等专业焊接方式，焊接之后材料容易出现冷冽的状况。基于这些情况，为了保证焊接出来的车架能满足要求，我们选择了焊接性能比较好的 4130#作为车架材料，虽然其强度与刚度在待选金属中较低，但其焊接性较好，焊接后性能稳定，价格便宜，易于购 买，焊接工艺简单。正是基于这些优点，参加 赛的赛车车架材料确定为 4130#。 架的焊接方法 桁架式车架是通过许多钢管焊接而成的，要制造成一个完整的车架，就必须对车架的焊接工艺提出一定的要求。 首先，要消除影响车架精度的误差，即测量误差和焊接变形。必须先找到合适的测量基准。基准的选取有助于降低或消除影响车架精度的误差。 其次，在车架的焊接过程中，模具和夹具也是非常重要的环节。本设计采用根据车架的结构专门设计夹具的方法来实现车架的定位。先选取一块平整的厚钢板作为基座，然后将车架最底层平面 结构搭建出来并固定在基座上，然后再根据车架的具体结构一块一块将其固定并夹紧。最后将所有定位好的钢管通过点焊焊接成一体的车架。由于点焊的焊点很小，几乎不会造成焊接变形而引起的定位失位，所以只要尽可能的保证夹具的夹紧力满足要求，即可完成车架的搭建。 最后，在完成车架的搭建之后，复查所有的关键尺寸，如果没有问题，则在每个管件接头位置用点焊方法进行加固，对管件比较多的连接点位置可增加专门的杆件进行加固和支撑。在完成所有加固之后，即可开始对车架的所有接头进行焊接。在焊接顺序上应注意做到左右对称，在焊接中要有意识的减慢 焊接速度，在多管接头处焊一段应冷却一段时间继续焊，以减小变形和应力。完成所有接头的焊接后，检查是否有漏焊发生，检查后用氧炔焰对 8 焊点及附近的管件进行加热，以消除焊接应力。 在完成车架的焊接之后，就可以进入整车的装配，根据各个部件的安装位置，在车架上点焊安装各种接头、连接件及底座。当所有直接于车架连接的部件都安装上且位置无误之后，拆除所有部件，加固所有增加的连接附件后进行焊接。焊接的注意事项在之前已叙述过。在完成所有的焊接工作之后，涂刷防锈漆和表面漆， 最终完成车架的焊接。 9 第三章 车架的结构设计 车架设计的出发 点是将车手、发动机和悬架连接点安排在它们各自理想的位置上。这些系统决定了车架最基本的结构和形状。空间框架结构的车架制造成本低，方便维护，同时比较适合承受集中载荷。悬架和车架的连接点、摇臂盘、以及其他受力点都尽可能地布置在靠近车架节点地位置，以便减小应力矩和位置误差。车架尽量多地采用承载轴向载荷的部件以便最大程度地增加单位质量所表现出来的强度。 大学生方程式赛车的车架是赛车的整体外形框架，它的设计的可以很大程度的决定赛车的外形特征，个性、美化的车架加上车身很容易给人以震撼的感觉，同时也更容易给人以好感。但是， 大学生方程式赛车车架的设计同时也必须考虑一定的因素 :必须满足驾驶舱以及发动机放置的要求必须满足赛车整体框架以及赛车轴距的要求，必须满足赛车各个系统如悬架系统、传动系统、转向系统、制动系统等的要求，必须满足赛车安全系统等等的要求。 车车架材料的技术规范要求 根据技术规范要求，大学生方程式赛车车架的基准钢铁材料的最低材料要求。赛车的基本结构必须为如下材料制作：圆形、低碳钢或合金钢管 。 最小直径如下表 3 表 3准钢铁材料 部件或用途 外径 *壁厚 主环和前环，肩带安装杆 防撞结构、前隔板、防滚架支撑、车手约束部件安装环 隔板支撑 10 备注：使用的合金钢不允许比低碳钢的薄 另外，规则中除了主环和主环支架必须用 钢材 外，其它可以使用替代的管件和材料，但是已被焊接的钛管不能在基本结构中使用，这包括支架和管件之间的连接件或其他部件和管件之间的连接件。替代钢管最小壁厚如下表3 表 3小壁厚要求 材料和用途 最小壁厚 主环、前环钢管 滚架支撑、前隔板、车手约束连接件 防撞结构和前隔板支撑钢管 注 1： 不允许合金钢管件的壁厚比所用的低碳钢的壁厚更薄。 备注 2： 为了保持相同的屈服强度和极限拉伸强度，必须保持钢材相同的横截面积。 根据技术规范要求，以及表 33车架各部分的管件的外径和壁厚，又综合考虑到降低车架重量的要求，本设计采用两种规格的管材，分别是： 赛车车架整体结构的设计 赛车整体结构对赛车车架的设计有很大影响。赛车整体结构的设计必须考虑赛车整体结构的布置：驾驶舱的布置，发动机的布置，水箱油箱的布置，轴距的分配，轮距的大小等。 赛车车架主要是由三个防滚架以及必要的支撑包围的结构，如图 3车防滚架是一组钢管组合件（有可拆卸和不可拆卸两种），使用冷拔无缝碳素钢管弯制而成，安装时一根一根按照车厢内部的轮廓进行连接或焊接的。如果去掉车身外壳，所看见的就是一个由数根钢管搭建的金属笼子。防滚架所用的钢管材质和抗扭曲度是根据车身重量而定的，一般要能够承受两倍 以上车身重量的冲击。由于场地赛的路面较平，基本没有落差，相比之下在野外进行的拉力赛和越野赛更容易发生翻车事故，车身损坏就会大一些。因此拉力赛车和越野赛车防滚架的强度（强度和场地赛没分别）更高，管件构造更密集。赛车的防滚架，除了应付意外情况以外，还可以起到增强车身 11 强度和抗扭曲度的作用。因为防滚架的焊接固定均是选取车身底盘比较坚固、承重的位置，比如底盘框架钢梁，以及前后避震器座。对于赛车来说，原装的车厢就好像是一个盒子，在激烈操控的时候很容易发生扭曲变形，而防滚架撑起的骨架比车厢坚固很多，因此即使车辆频繁地颠簸 跳跃，来自地面的冲击力都会分散一部分到防滚架上，对车体就起到了很好的保护作用。赛车防滚架既可焊接固定，也可用螺栓固定，或者两种方法混合使用。防滚架安装时，应尽可能靠近车体。车手所坐的区域是最重要的，因此该区域的防滚架搭建也是最重要的。主体防滚护栏、支撑杠（ B 柱间的主框架）、允许使用的加强支撑杠在与车体连接固定时，必须尽可能选择车体坚固受力的地方，其固定点必须装有一块加固板。在车手身体、头盔可能同防滚架接触的位置必须加设不易燃的柔性防护垫。另外，必须使用冷弯法制作防滚护栏的拐角处，如钢管在弯曲时形成椭圆，则钢 管变形的比率必须在 上。有了防滚架，车子遇到撞击、翻滚等严重事故时，即使车身外部惨不忍睹，车内的车手也会安然无恙。 架前环的设计 大赛规则有关前环的要求有： 1、 前环必须由封闭的金属管件构成； 2、 禁止前环使用复合材料； 3、 前环必须从车架单元一侧的最低端，向上绕过车架后再连接到另一侧车架的最低端； 4、 若是采用合适的节点和三角板结构，允许把前环设计成多段组合的管件； 5、 前环的最高点必须在任何角度下高于方向盘的最高点； 6、 前环与方向盘前的距离不得超过 250寸）； 根据 大赛规则，本设计的前环由尺寸规格为 钢管制成。并且前环由一根钢管弯成。其具体尺寸为：前环总高 590折处的圆弧半径为 200环平面与水平方向程 10 度倾角 。这样设计的目的就是方便加工制造，并且模具和夹具也好设计。 架主环的设计 大赛规则有关主环的要求有： 12 1、 主环必须由一根未切割的，连续的，封闭的钢管构成； 2、 禁止使用铝合金、钛合金或其他复合材料； 3、 主环必须从车架一侧的最低处向上延伸，越过车架，再到达另一侧的车架最低处； 4、 从车的侧视图看，主环位于车 架主体结构的安装点以上的部分必须在与竖直方向上的倾斜角在 10 度的范围以内； 5、 正视图时，主环的垂直构件必须至 少远离主环与框架主体结构的接合点 380 根据规则要求，本设计的主环选用一根同前环材料与规格相同的管件弯折而成。其具体尺寸为：主环 中心线 总高 1050 660环有四处弯折，半径均为 100弯折处距底边高 550环平面与水平面垂直 ，没有倾斜角度 。在主环中部位置增加一根横杆，用于安装座椅和安全附件。主环这样设计既满足了大赛规则要求，又方便加工制造，并且模具和夹具也容易设计，在焊 接车架时也提供一定的方便。 架其余结构的设计 图 3车车架的基本结构 发动机如图 3示，尺寸为 610了是赛车整体尺寸降 13 低，采用发动机横置，链传动的形式，因此，赛车车架主环到后轴的距离至少为 600采用链传动时，为了较好的传动，发动机法兰盘的中线到后轴中线的水平距离至少为 360发动机的形式，发动机法兰盘面到发动机横置时的端面的距离为 200此，车架主环到后轴中线的距离至少为 600+（ 360=760人体工程学， 65165人以自然的驾驶姿势驾驶时，脚尖距离后背最后点的距离大致为 1170外，制动踏板以及制动轮缸的最前端距离脚尖大概有 350距离。由于后悬架的上叉臂的张开宽度约为 200此，后轴轴线距离车架最后端的距离至少 100此，车架的长度约为 350+1170+760+100=2380宽度方向上，内操纵舱必须能让一个自由垂直的横断面如 3模板水平通过，故内操纵舱车架最窄处应至少为 420环底部，至少大于发动机的长度尺寸 587虑到油箱和水箱放置于发动机两侧，故主环应留有约为 660宽度。 高度方向上，安装悬架位置点，即上下叉臂高度约为 210间。 主环高度最高，由于人体自然驾驶姿势驾驶时坐高约为 850且主环最高点与前环最高点连线至少高于头顶 此，主环高度约为1050 图 3动机模型 14 图 3驾驶舱检测板 图 3驶舱检测板 车驾驶舱的设计 驾驶舱的设计主要使驾驶员有一个相对安全的的环境，同时驾驶舱是驾驶员操纵车辆的地方，驾驶舱太小的 话会影响驾驶员的操纵灵活性。如果长时间坐于过小的驾驶舱会对驾驶员的身体有一定程度的损害；驾驶舱过大的话既浪费了材料，又增加了车重。因此，驾驶舱的设计对赛车车架的设计相当重要。 驾驶舱的要求至少能让 65165体坐进去。同时大赛规则要求，必须满足一标准版，如图 3水平拖着，并且垂直插入直到它穿过侧边防撞结构的顶部管件的底部。由于主环处最宽，定义了约为 65右。而由板的形状，驾驶舱底部可以做成梯形以较少材料，降低车重。故前环与侧防撞最高车管件的焊接处距离主环的水平距离至少为 400 内舱为驾驶员操纵制动系统以及传动系统的地方，主要为制动踏板和油门、离合器踏板。 人体自然驾驶时脚尖距离后背最后点约为 1170技术规范，车架前环的支架必须延伸到驾驶员前部，因此，前环支架在车架中心线的投影，至少在驾驶员脚的前部。 又由图 3考虑到驾驶舱的操作间隙，主环与前环之间的距离至少为 700以大致确定前环与前环支架的距离约为 500 15 车各系统及零部件在车架上安装位置的设计 车架是赛车的整体框架，赛车的各个系统都在车架上直接或者间接固定，各个系统的布置位置都有一定的要求。一个合格的车架必须满足各个系统直接或者间接的固定要求。 3 悬架系统的安装位置的设计 悬架系统是赛车的重要总成之一，它把车架与车轮弹性的连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此产生的承载系统的震动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证赛车的操纵稳定性，是赛车获得良好的行使能力。悬架系统与车架焊接位置，很大程 度的影响了悬架系统的工作性能，悬架系统对车架也有相当精密的我要求。 前悬架的安装如图 3图 3悬架的安装示意图 前悬架上下叉臂的高度为 214上叉臂的张开宽度为 下叉臂的张开宽度为 车架投影面上，前上叉臂的中线在车轮前轴线前 ，前下叉臂的中线在车轮前轴线后 。车架上放置两个前下悬架的焊点宽度为 430在地面的投影面上，前下叉臂的中线要比前下叉臂的中线长 悬架的上下叉臂如图 33示。 因此为满 足前悬架的要求，车架上叉臂安装点必须要有高为 16 下部宽为 430部宽度为 430+2 车架前悬架支座的安装应在两根水平的车架管件上，且上部的管件长度不能少于前上叉臂的张开宽度，下部的安装管件长度不能少于前下叉臂的张开宽度。 前 上 叉 臂4 0 7 . 1 0前 下 叉 臂40上叉臂 图 3下叉臂 后悬架的安装如图 3 后悬架上下叉臂的高度为 220上叉臂的张开宽度为 下叉臂的张开宽度与后上叉臂的张开宽度相等，如图 3车架投影面上，后上叉臂的中线在车轮前轴线前 ，后下叉臂的中线在车轮前轴线后 。车架上放置两个后下悬架的焊点宽度为 460 2 0 8 0 0 . 5509 4 4D?530?3207 2 . 861 7 . 142 9 84 3 03 3 8 9 4 . 3 8605 6 . 925 6 . 92 8 . 72图 3悬架的安装示意图 17 悬架叉臂 因此为满足前悬架的要求，车架上上下叉臂支座必须要有 高 于后上叉臂和后下叉臂的张开宽度相等，为了节约材料，同时减少车的总长，可以将叉臂支座固定于车架上的在竖直平面内的管件上，且此两管件的距离应满足叉臂张开宽度的要求。 3 转向系统安装位置的设计 转向系统是用来保持或者改变赛车行驶方向的机构，在赛车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向系统在车架上不同的固定位置不仅对转向时驾驶员转向力有影响，而且对转向的灵敏性有影响。方向盘以及转向柱如图 3示。 大学生方程式赛车技术规范中规定，车架前环与转向盘之间的最近距离不能少于 250且，车架前环在任何方向上都不能低于方向盘。由于齿轮齿条包与方向盘的高度距离为 541虑到齿轮齿条包不能是其他系统的最低点以及其在车架上的安装位置的高度的影响，前环 应高于541由于转向立柱应固定于车架上，考虑到方位上的因素，可以从前环支架上伸出两根管件与转向柱的固定支座相焊接配合。 18 图 3向操纵机构示意图
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