赛车传动系设计说明书.docx

大学生赛车传动系设计-赛车链传动设计【含6张CAD图纸+PDF图】

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说明书大学生赛车传动系设计 学生姓名:_ _ 学号:_ _ _ 学 院: _ 专 业:_ 指导教师: _ 大学生赛车传动系设计摘要 FSC是一级方程式汽车比赛汽车工程由大学或汽车相关专业学生组成的团队参加汽车比赛的设计和制造。FSC赛车由发动机系统、悬架系统、传动系统、转向系统、车架、车身、制动系统以及安全系统等构成。因此,对本文所涉及的研究方向而言,为了获得良好的加速性、制动性、耐久性和经济性,传动系统的设计尤为重要。汽车传动系是决定汽车动力性和经济性的关键,是将发动机发出来的动力和运动经由传动系传递到驱动轮上,所以,对它进行优化设计,可以节省燃油和提高赛车的动力性。因此,对赛车传动系的优化仿真设计是非常重要的,主要对整车的性能。我们应当对传动系进行结构选型,优化分析,明确理想的布置方案,选择适当的结构。然而,传动系的优化为赛车的设计、制造与调试提供了及其重要的理论基础,也是赛车性能分析的一个重要组成因素。关键词:赛车传动系,动力性与传动比,赛车链传动,差速器,ANSYS分析优化Design of the Dream 4.0 racing drive system of North UniversityAbstract FSC is a Formula One car race car engineering by the University or automotive-related professional students to participate in the team to participate in the design and manufacture of car racing. FSC racing consists of engine system, suspension system, transmission system, steering system, frame, body, brake system and safety system. Therefore, in order to obtain good acceleration, braking, durability and economy, the design of the transmission system is particularly important for the research direction involved in this paper.The car drive system is the key to determining the power and economy of the car. It is the power and movement of the engine to be transmitted to the drive wheel via the driveline. Therefore, it is designed to save fuel and improve the power of the car. Therefore, the optimal design of the racing system is very important, mainly on the performance of the vehicle. We should carry out structural selection of the transmission system, optimize the analysis, clear the ideal layout, select the appropriate structure.However, the optimization of the driveline provides an important theoretical basis for the design, manufacture and commissioning of the car, as well as an important component of racing performance analysis.Key words: driveline,dynamic and transmission ratio,chain drive,differential ,ANSYS analysis optimization目 录1 绪论11.1 FSC赛事介绍11.2 本文研究的目的及意义21.3 传动系的发展和现状21.4 赛事规则对赛车传动系统的要求32 动力性与传动比的计算52.1 传动比的计算52.1.1 发动机性能参数52.1.2 末级传动比的确定52.2 赛车动力性计算62.2.1评价指标62.2.2动力性计算63 链传动的设计93.1 传动方式的选择93.2 链传动的设计与计算103.2.1 链条的设计113.2.2 链传动的计算124 传动系零件的选型和设计194.1 差速器194.1.1 差速器的介绍和功用194.1.2 限滑差速器194.1.3 差速器的选取194.2 托森差速器的润滑方式234.3 大小链轮的设计24第页 共页4.3.1 大链轮的结构设计244.3.2 小链轮的结构设计254.4 差速器的壳体254.5 差速器输出轴264.5.1 轴的结构设计274.6 轮芯274.7 差速器支撑284.7.1 轴承的选择284.7.2 支撑的结构284.8 吊耳和张紧的优化设计294.8.1 吊耳的设计294.8.2 张紧的设计294.9 半轴与万向节304.9.1 半轴304.9.2 万向节315 传动系统的ANSYS分析335.1 ANSYS的介绍335.1.1 ANSYS的概述335.1.2 ANSYS的分析步骤335.1.3 ANSYS仿真步骤335.2 各零部件的受力分析345.2.1 大链轮的ANSYS分析345.2.2 轴的ANSYS分析365.3 传动系的优化375.3.1 优化方案375.3.2 优化方案的介绍与选择37第 页 共页5.3.3 轮芯的ANSYS优化38总结41参考文献42致谢44第 页 共页1 绪论1.1 FSC赛事介绍中国方程式汽车受国外的影响,即是受到FSAE的影响。 FSAE由国际汽车工程师学会(SAE International)在20世纪末创建,它可以说是一个虚拟的企业,给出方案与规则,让大学生们自行设计一款小型赛车,然后要求在各个性能上满足汽车所需要的要求以适合各种赛道比赛。第一届比赛于1979年在美国休斯顿举行。此项赛事的目的在于培养本科生和研究生设计制造小型汽车的能力,为汽车工业的发展培养领头人和工程师。经过三十多年的艰辛历程,FSAE方程式赛车大赛在很多大学生中的赛车人眼中很重要,每年都会有很多高校进行比赛。在2009年的时候,这样的大赛事被引进中国。然后在2010年在上海举办了第一届的比赛。FSC赛事是中国各大高校的学生,在关于赛车方面相近的专业,符合设计要求的专业,然后设计和制造一辆赛车。他们必须在比赛规则和要求的条件下,在一定的时间内,设计一款符合比赛要求中满足各性能要求的赛车。FSC为国人搭建优秀的舞台,进行严格培养,以可以增强赛车人的技能,有效的增强赛车综合能力,可以增进中国汽车企业从“制造大国”向“产业强国”的伟大艰辛历程过渡。大赛愿景是推动中国汽车产业自主研发与科技的进步,增强中国汽车产业“引进消化吸收再创新”与“自主创新”的能力,增进中国制造性质向中国创造性质的转型,促进民族品牌向世界品牌的跳越。 汽车人才培育机制的完善,是中国汽车工业从“制造大国”向“创新强国”的战略目标迈进的人才基础。积极研究合理的利用社会资源培育创新型人才的教育新体系。建立自主创新技术的国际交流平台,因此,在世界汽车技术的革新潮流中,可以有效帮助中国汽车产业的未来人才不断地获得启发。捕捉行业动态的视角变得国际化,丰富知识储备,主动参加国际汽车技术标准的革新与升高。国产汽车产业自主创新的主流意识需要强化,国产汽车厂家在汽车人才培养、技术研发等方面的企业社会责任感需要深化,有利于帮助大部分国产汽车品牌主动探寻自身巨大的发展空间。1.2 本文研究的目的及意义汽车在总体布置与结构设计的优缺,会影响汽车的总质量和汽车行驶阻力。对赛车传动系的优化仿真设计,重中之重,主要对整车的性能,比如动力和经济比较大。我们应当对传动系进行结构选型,优化分析,明确理想的布置方案,选择适当的结构。传动系的优化为赛车的设计、制造与调试提供了及其重要的理论基础,也是赛车性能分析的一个重要组成因素。1.3 传动系的发展和现状第一届国际赛事在二十世纪末在美国举办的。当时报名的学校只有6个,但只有4支参赛队伍,如今美国每年有200支队伍参加比赛,比赛的人数将近2万人次。二十世纪中上期就开始对汽车动力性、燃油经济性的计算机模拟程序的研究。这些软件程序在成品车制造之前,就可以确切地对汽车动力性燃料经济性进行精准地测量,然后经由传动比的变化引起全车性能变化,因此,根据传动比变化的联系,然后找到发动机合理匹配的传动系。欧美等发达国家对大学生方程式FSAE比赛都非常关注,每个学校都会组建自己FSAE赛车队,参加各自区域的系列赛车,并且重新设计自己的赛车,使制造的赛车性能更加突出。日本的方程式FSAE比赛发展很快,已经成为亚洲地区举FSAE赛事的先锋队。其在加速性能上,日本所设计的赛车变速器能在规格指标和目标时间准确算出必要的功率。东南亚和中东的大学生车队都参加过日本举办的FSAE比赛。FSAE比赛早已进入平稳发展阶段由此可见,国外的传动系统的技术已经进入成熟阶段。随着我国汽车行业的发展和进步,2010年10月,首届中国大学生方程式赛车大赛(FSC)在上海举行,吸引了国内 20 支大学车队参与了这次比赛,大赛取得圆满成功。华南理工大学的FSC赛车气动传动系统实现了半自动换挡,司机可以更方便,在更短的时间内完成换档操作,从而提高了比赛结果。根据预设程序驱动换挡气缸和离合器气缸,压缩二氧化碳在电子控制单元的操纵下完成整个传动过程1。中北大学方程式4.0号赛车采用GSXR-600四缸发动机和托森差速器。该赛车在调节方式上采用偏心轮调节,在去年的基础上球笼(等速万向节)短轴一体,而且尺寸改小,在受力强度要求符合的情况下的改进。其他变化是材料上的变化。太原理工大学方程式赛车采用本田CBR600发动机,同样采用托森加速器,其更换了差速器外壳,其他是材料和工艺上的设计。1.4 赛事规则对赛车传动系统的要求FSC赛车的传动系统除了要具备上文提到的赛车传动系统所具备的功能外,还要满足方程式比赛规则的要求,符合比赛规则。在传动系统里2017FSC(官方)部分规则如下2:(1) 暴露在外的高速旋转的主减速器部件,如CVT、链轮、齿轮、皮带轮、变扭器、离合器、传动带、离合器传动、电机,都必须安装防护罩以防其失效。主减速器防护罩必须覆盖链条(传动带),从主动链轮(带轮)到从动链轮(带轮)。主减速器防护罩必须开始和结束于与链轮/皮带/带轮的最低处平行的位置(见下图)。备注:如果发动机原本安装有链齿保护罩,那么其可作为分散式防护罩的一部分。图1.1 主减速器防护罩(2) 传动链的防护罩使用的材料不可以有通孔。(3) 传动链的防护罩必须使用厚度至少为2.66mm(0.105英寸)的钢板制成,其宽度至少为链条宽度的三倍。并且在链条中心线向左和向右各1.5倍链条宽度范围内,都能被防护罩防护。(4) 安装用紧固件防护罩必须使用至少公制8.8级M6螺栓安装。(5) 手指护罩当赛车停止时,还在运转的零部件必须使用手指护罩遮挡。手指护罩可以用轻质材料制成,但需足够抵抗手指施加的力。材料可以自行设计,但必须保证6mm(1/2英寸)半径的事物不能穿过防护罩。(6) 可以使用任何传动变速装置。2 动力性与传动比的计算2.1 传动比的计算2.1.1 发动机性能参数1. 发动机参数中北大学方程式4.0号赛车采用铃木GSXR-600四缸水冷电控汽油喷射式发动机,按照比赛规则来说,在20mm的限流阀下,所有进气必须通过。这样就会限制到发动机的功率和扭矩,因此,限流后的发动机特性参数3要被分析。1) 原发动机特性参数:在13500r/min转速时最大功率达到82Kw。最大扭矩在11500r/min转速下为69Nm。2) 发动机特性参数(限流后):在11500r/min转速时最大功率达到60.2Kw。最高车速120Km/h在10500r/min的转速下最大扭矩52Nm。2. 变速箱性能参数变速器是铃木GSXR-600发动机自带的,其为6速变速箱,1-0-2-3-4-5-6。但比赛时一般用不到第6档位。所有常用的5速循环换挡为1-0-2-3-4-5。见表2.1得。大小链轮初级减速比3.15。变速器初级减速比(Primary Retuction ratio)为1.926。表2.1 变速器各档位比档位12345符号I1I2I3I4I5速比2.7852.0521.6811.4501.3042.1.2 末级传动比的确定由比赛规则和我校车队历年的比赛经验,比赛时用到的最高车速不超过100Km/h4。由于我校方程式赛车4.0号变速箱为六档,但实际比赛用到的档位只有1、2、3、4、5档,所以设计5档时最高车速是100Km/h。限流后,发动机转速n=11500r/min时,最大功率P=60.2Kw,初级减速比i0=1.926。5档减速比i5=1.304。轮距r=228mm。由数据可以算出轮胎在速度为100Km/h时的转速nt和末级减速比if。(2.1) (2.2)因为我校赛车的小链轮齿数是11,由上式可得,大链轮为:(2.3)由此可以得出大链轮的齿数为43。其实际传动比为(2.4) 由此可得,末级传动比为3.9。2.2 赛车动力性计算汽车的动力性系是指在水平无障碍的路面上,汽车在受到的纵向外力并在直线行驶时,所能达到的平均行驶速度5;汽车之所以被称为高效率的运输工具,是因为其动力性的好坏决定了效率的高低。因此,汽车各种性能中最基本、最重要的性能之一是动力性。2.2.1 评价指标汽车的动力性主要由三方面的指标来评定,即:1) 最高车速uamax;由于大赛规则的限制,赛车无法达到最高车速。2) 加速时间t;加速时间也可以说是赛车的加速能力。通过075m直线加速可对比赛时的加速性能进行测试。3) 最大爬坡度imax;由于比赛赛道都是水平的沥青路面,所以不需要考虑爬坡度。2.2.2 动力性计算1. 各档驱动力计算驱动力计算公式如下: (2.5)其中Ttq表示发动机转矩(Nm),ig表示变速器传动比,i0表示发动机初级减速比,if表示主减速器传动比,t表示传动效率,r表示车轮半径(m)。由此可以计算驱动力。在10500r/min的转速下最大扭矩52Nm,主减速比if为3.9。传动效率t取0.9,将以上数据代入(2.5)得表2.2。表2.2 赛车各档驱动力档位12345驱动力(N)429431642592223620112. 赛车行驶车速在驱动力不打滑的情况下(2.6) 式中ua为汽车行驶车速(Km/h),n为发动机转速(r/min)。由于大赛设置了各种障碍和弯曲赛道,因此无法达到最高车速,所以最高车速也就没有任何意义,计算最大车速用作参考,转速n下对应的最高车速。测得n=12500r/min,r=228mm,i0=1.92,if=3.9。将数据代入式(2.6)得表2.3。表2.3赛车最大行驶车速档位12345车速(km/h)51.3669.7185.0998.65109.703. 行驶阻力计算(1) 滚动阻力滚动阻力的计算公式(2.7)其中整车整备质量G为275kg,f为滚动阻力系数,其计算公式为:(2.8)由于比赛路面为良好的沥青或混泥土路面,所以查下表2.4可知滚动阻力系数f在0.010-0.018之间,取中间值0.014。表2.4 滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.010-0.018泥泞土路(雨季或解冻期)0.100-0.250一般的沥青或混凝土路面0.018-0.020干砂0.100-0.300碎石路面0.020-0.025漫砂0.060-0.150(2) 空气阻力空气阻力计算公式为(2.9)其中A表示迎风面积,根据车身设计取0.4m2;CD表示空气阻力系数,由本校车队赛事经验,取空气阻力系数为0.3,将以上数据和相应的车速代入得表2-5,如下:表2.5 赛车的行驶阻力滚动阻力(N)41.3444.3847.6551.0654.21空气阻力(N)10.5619.45 28.9938.9648.17(3) 加速度加速度的计算公式为:(2.10)其中:为旋转质量惯性系数,取为1.2;m为赛车的整车整备质量,取275Kg。将其代入式(2.10)得表2.6。表2.6 赛车最大行驶加速度档位12345加速度12.859.397.526.505.78根据以上对本校赛车4.0号动力性的计算,得出其较高的动力性满足赛车具有高动力性的要求。3 链传动的设计3.1 传动方式的选择在众多的传动系统中,链传动用的比较广泛,但各种传动方式都有它的优缺点。由于本次的我校方程式赛车需要稳定的传动比和传动效率,在精度上要求较高,并且赛车对整车质量上面的要求,又因为链传动安装精度较低。其次所选的链传动节约了成本,其整体尺寸比较小,结构紧凑,耐高温和潮湿,并能在这样的环境上工作。性价比也比较高,较轻的质量,减轻了整车整备质量。再次,当两车轴相距较远的情况下的时候,它可以传递运动和动力,且能够低速,车辆过重,高温、潮湿的条件以及在沙尘暴的紊乱的工况下正常传递动力。在这种情况下,传递效率还是比较高的,正常情况可以达到0.950.97。链传动相比带传动,传动效率是比较高的,并且作用在半轴和轴承的作用力小,其中制作和装配比较便捷,故我校方程式赛车4.0号采用链传动6。因此,传动系统的设计和优化很重要。链传动组成:链传动部件由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成(大链轮和小链轮组成),工作情况下,依据链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮来回转动,然后可以传递运动和动力。因为我校方程式赛车4.0号采用发动机中置后驱,发动机所传递的动力经过变数器到差速器壳体由链传动传递动力,因我校赛车要求布置要紧凑些,并要求压在半轴上的力要小,除此之外,变速箱在发动机GSXR6600上,其没有倒挡,所以选择链传动比较合适。链传动有以下的优点7:1. 链传动VS带传动:链传动总体上来说没有弹性滑动和整体打滑的现象,并且在告诉运转的过程中能够稳定维持平稳的传动比和较高的传动效率,其次链传动的张紧力没有带传动的紧,它也不需要那么紧的张紧力,因此,在半轴上,作用于半轴的径向力是很小的。由于链传动的构成材料都为金属材料制成,它与带传动在同等的条件下工作时,链传动的整体尺寸较小,且很紧凑,耐高温,耐潮湿。2. 链传动VS轴传动:我校方程式赛车4.0号属于高速型赛车,不适合使用轴传动,因为赛车在旋转时会产生横向扭矩,使车子向轴传动的反向倾斜,旋转速度越高,扭矩越大,且其成本较高,对材质要求也高,加工难度大。而链传动有许多间隙,可以有效的吸收震动。3. 链传动VS齿轮传动:链传动的造价比较低和链传动的拆卸精细度要求也是很细致。因为变速箱传递动力与差速器壳体的距离比较远,因此链传动的结构比齿轮传动的便捷很多。事物总是具有两面性的,链传动也有它的缺点,下图3.1所示,如下:1. 工作时有噪声,容易磨损并跳齿;2. 存在冲击、震动,不适合载荷大、高速、急转向的传动中;3. 对安装精度要求高,只能实现平行轴间链轮的同向传动。图3.1 链传动依据方程式赛车总布置的需求所知,把方程式赛车的传动系统分为离合器,变速器(变速箱是GSXR-600发动机自带的),减速器,差速器,按照他们的各自的功能作用,分别对他们进行设计与分析8;最后将他们组合成一个整体,完成总体设计,确定最终的传动方案。3.2 链传动的设计与计算依据方程式赛车(FSC)比赛规则和机械设计一书介绍,我对方程式赛车链传动进行设计和计算。对链传动的设计分析,它主要包括以下的内容:链条的节距p、排数、中心距a0、大小链轮齿数(z1和z2)与尺寸、传动中心距amax。3.2.1 链条的设计1. 概述链传动也被叫做挠性传动,链条、小链轮和大链轮组合成了挠性传动。它通过链轮轮齿和链条节的啮合来传递从发动机里发出的动力和传递赛车运动。根据用途来区分链条可以有:链传动、输送链和起重链,但在我们普通的机械运动中,用途最广泛的是链传动。滚子链和齿形链等也是链传动的一类型,其中滚子链常用于传动系统的低速级9。2. 链结构的选择(1) 滚子链滚子链结构细节可以从下图3-2看出。滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5构成了滚子链,他们之间的配合公差有过盈配合;间隙配合的部分有。滚子是灵活的,可以滚动的,因此在它工作的时候,滚子沿链轮齿廓滚动,这样一来,可以减小齿廓的磨损。在销轴和套筒之间的缝隙要添加润滑剂,这样一来就可以防止长期工作造成的磨损。图3.2 滚子链(2) 齿形链无声链也可以叫做齿形链,它的结构由下图3.3所示,两个齿的链板左右交替合并铰接构成了无声链即齿形链,其中它的齿楔角(两个链板的工作边的夹角)为60度。齿形链的结构相对滚子链复杂很多,在制作过程中很艰难,并且价格昂贵,一般不会用到齿形链,我校方程式赛车4.0号由于经费的原因和对赛车性能的要求,因此,本次我校参赛赛车的设计使用滚子链进行传动。图3.3 齿形链3.2.2 链传动的计算1. 链轮齿数根据2.1.2中的式(2.4)计算可得实际传动比为3.9,如果链轮的齿数非常的大的话,是会增大传动的整体尺寸,并且容易产生跳齿和脱齿的现象,小链轮齿数Z1的一般选择11或者13的质数。如果小链轮齿数Z1选用太过于小,外廓尺寸就会变的太小,但如果齿数选用比较少,会改变运动的不均匀性和动载荷;链轮在进入和退出咬合时,是会加强链节之间的相对转角;链传动的圆周力增大,从整体上来说,会让铰链和链轮的摩擦力加大,然后会磨损。链轮的最少齿数Zmin=9。小链轮的齿数Z1也不适合取的太过于大。传动比确定的时候,小链轮齿数Z1越大,大链轮齿数Z2也会随着小链轮齿数变大而变大,因此,综上所述,小链轮采用发动机自带链轮齿数为11,而大链轮齿数为43。2. 节距和排数由于链轮齿数较少,所需链条的节距就越大。链条节距越大,承载能力也随之升高,但是传动的不均匀性、动载荷也越严重10。因此,要选取合适的节距,要根据所传递的功率进行计算,在满足传递功率的情况下,尽可能取得较小的链轮节距,以获得最紧凑的链传动结构,还可以根据所传递的功率大小来决定是采用单排链还是采用双排链或多排链11。如果从经济方面来看的话,当中心距较小,传动比较大时,应该选择小结距的多排链结构;当中心距过大,且传动比比较小的时候,应该选择大节距的单排链结构。根据方程式赛车的结构要求,我校设计的方程式赛车4.0号在结构上比较紧凑,因此我校赛车选取小节距的单排链结构。参照我国链条国标GB/T1243-1997,节距15.875的10A应用广泛,价格低廉,节省了成本,并且购买的时候也很方便。因此,我校赛车选择节距等于15.875的单排链结构。链条的相关参数如下表3.1所示。表3.1 选取链条的规格和参数ISO链号节距P滚子直径d1内链节内宽b1销轴直径d2内链板高度h2抗拉载荷10A15.87510.169.45.0915.0921.83. 计算功率Pca依据链传动的工作情况、主动链轮的齿数和链条的排数的条件来说,将链传动所传递的功率和运动修正为当量来计算功率,它的计算功率的公式为:(3.1)其中KZ表示主动齿轮数系数,见图3.4;KA表示工况系数,见表3.2; KP表示多排链系数,双排链时选1.75,三排练时选2.5,见表3.3; P表示传动功率(Kw)。根据下图所知,KZ取2.9,即KZ=2.9。图3.4 主动链轮齿数系数KZ由下表3-2可以得到所需要的参数工况系数KA=1.0。表3.2 工况系数从动机械特性主动机械特性平稳运转轻微冲击中等冲击电动机、汽轮机和燃气轮机、带有液力耦合器的内燃机6缸或6缸以上带机械式联轴器的内燃机、经常启动的电机(一日两次以上)少于6缸带机械式联轴器的内燃机平稳运转风机和干燥炉等1.01.11.3中等冲击固体搅拌机和混料机等1.41.51.7严重冲击电铲、球墨机等1.81.92.1由于我校赛车选择的是单排链,根据下表3.3,可得KP=1。表3.3 排数系数排数1234KP11.752.53.3将以上的数据代入公式(3.1)得:Pca=174.6Kw。4. 链轮尺寸的计算现已知节距p=15.875,小链轮齿数Z1=11,大链轮齿数Z2=43。根据机械设计一书里的计算公式,见表3.4。表3.4 链轮尺寸计算公式名称符号计算公式分度圆直径d齿顶圆直径da 齿根圆直径df齿高ha 将上述数据代入表3-4的公式里可得出大小链轮的参数,整理如下表3-5所示:表3.5 大小链轮参数参数小链轮大链轮齿数Z111Z243分度圆d156.348d2217.480齿顶圆da1min59.754da2min222.604da1min66.032da2max227.164齿根圆df146.188df2207.320齿高ha1min2.858ha2min2.858ha1max5.996ha2max5.137节距15.8755. 中心距 如果中心距相距的距离过于大,即使他的承载能力会变好,但他的松边陲度会变大的,这样一来,在传递动力的时候链条的松边就会颤抖,也会可能发生脱落现象。但如果中心距相距的距离太过于小,从本质上讲,每秒内传动的次数会很多,这就会是齿轮和链条啮合的次数也随之增多,链条受到的内应力和圆周力会变大,链条就会发生震动,导致磨损和疲劳现象12。链传动中链条的振动是一个非线性振动问题,传动过程中链条的横向振动将引起跳齿现象发生,并且会造成很大的动载荷加剧,链条铰链的磨损与链边的抖动,从而降低链传动的效率,对链条具有极大的破坏作用13。链节数的计算公式:(3.2)其中a0=(3050)p,取a0=30p。将表3-5中的数据代入式(3.2)可得LP=88节。为了避免使用过渡链节,应该将计算出的链节数LP0圆整为偶数LP。链传动的最大中心距是:(3.3)根据相关文献中滚动阻力系数的参数表可知,所以1=0.24643。因此计算得amax=477.27mm。6. 链轮包角与传动比的最终确定小链轮包角的计算公式如下:(3.4)将上述表3.5的数据代入式(3.4)得:=161。已知小链轮的最小包角是120,将其代入式(3.4)得最小中心距a=153.88mm。依据给定的车轮半径和轴距尺寸来估计。我们选取小链轮的中心距在153.88477.27mm之间,我们选取a=300mm19p。将这个数据代入上列式中可以得出=149,LP=66节,得出图3.5和图3.6的结果。图3.5 小链轮尺寸图3.6 验算小链轮包角 经过软件CATIA的验算,对其进行约束后得出的小链轮包角为148.844度。其与我们算出的小链轮包角=148.844149相符。7. 计算链速因为链是由刚性链节通过销轴铰接而成,是一段曲折的正多边形部分。因此我们可以计算链条的平均速度(单位为m/s)为(3.5)将上述相关数据代入式(3.5)得。8. 链轮受力计算链传动在工作的时候,收到紧边拉力和松边拉力,它的有效圆周力为:(3.6)其中:P为传递的功率(Kw),为链速(m/s)。根据我校赛车发动机限流后的功率60.2Kw,计算的出圆周力Fe=1969.90N。由离心力引起的拉力为(3.7)悬垂拉力为:(3.8)其中,,式中a表示链传动的中心距(mm),Kf-表示垂度系数,如下图3.7所示,下图中f为下垂度,a为中心线与水平夹角之间的距离。Kf选取为0.3。图3.7悬垂拉力将数据代入,计算悬垂拉力。由此计算紧边拉力和松边拉力分别为: (3.9) (3.10)压轴力为:(3.11)式中,Fe表示有效圆周力(N),KFP表示压轴力系数,对于水平传动KFP=1.15,对于垂直传动KFP=1.05。我校赛车采用水平传动,故KFP=1.15。由此可算出压轴力FP=2265.385N。4 传动系零件的选型和设计4.1 差速器4.1.1 差速器的介绍和功用“托森”差速器是美国格里森公司生产的转矩感应式差速器14。即差速器可以根据其内部差动转矩的大小而决定是否限制差速器的差速作用,很精巧的利用蜗轮蜗杆传动的不可逆性的结构原理来设计的,还有其齿面摩擦条件实现前、后轴蜗杆同时驱动及转矩的自动调节,除此之外,托森差速器还具备自锁功能,使行驶的赛车可以在不同的赛道上根据差异来弥补左右车轮的速度,这样一来,它的锁紧系数和转矩比大大提高,作为一种新型的差速机构,是赛车上必不可少的。4.1.2 限滑差速器限滑差速器15, 英文名为Limited Slip Diff,简称LSD。为了解决汽车横向力变差,抵抗侧滑能力变差,导致车轮滑动的现象,即汽车操纵稳定性就会不稳定。限滑差速器可以由他本身的的基本原理,重头开始地调节普通差速器的扭矩分配的标准特性。更加有力的分配左、右赛车驱动轮上的驱动力,使用限滑差速器可以完全地消除一些普通的差速器存在的“差速不差扭”的缺陷现象16。因此,我们非常低需要提高“梦想4.0号”在不同的比赛赛道的通过能力性能,因此要选择限滑差速器。4.1.3 差速器的选取通过搜集,可以找到近年以来参赛的各学校车队使用的各类差速器,经过调查,大部分高校通常会选择限滑差速器来提高赛车在不同赛道下的通过和操纵稳定性能,故,限滑差速器得以广泛使用。1. 托森差速器 托森差速器(Torsen)在大学生方程式赛事(FSC)中比较常见的,就好像是专为大学生赛车比赛而定的,它的型号是012000,重7.2磅,约3.23Kg。它的围观图如图4-1所示,尺寸如图4.2所示,结构图如图4.3所示。图4.1 托森差速器的外观图4.2托森差速器的尺寸图4.3 托森差速器的结构托森差速器作为一种新型的限滑差速器,具有对转速比反应灵敏、自动调节锁紧系数(使其变大)、传动平稳性强、冲击小等优点,可以很大程度的提高汽车(特别是在环境比较恶劣下行驶的汽车,如越野)的通过性。torsen充分利用了蜗轮和蜗杆原件,然后自行安排锁紧系数和转矩比这一特性,当转速比巨大的情况下,它是可以很轻易取得巨大的锁紧系数和转矩比,这样一来,可以将差速器锁死,稍等转速比下降很多后,又会把差速器慢慢地松开或放开,这样下来,结束了自动调节锁紧系数和转矩比的精彩过程,非常有效地避开了人为操纵差速锁紧赶不上,而所造成的巨大事故。托森差速器作为限滑差速器的一种新类型。它主要由前齿轮轴、空心轴、差速器壳体、后齿轮轴、后轴蜗杆、直齿圆柱齿轮(12个)、蜗轮轴(6个,沿蜗杆轴线均布)、蜗轮(6个)、前轴蜗杆组成17;托森的核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮含系统18, 从托森差速器的结构视图(如上图所示)可以看到双蜗轮、蜗杆结构。正因为是它们的相互啮合互锁和扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器的锁止功能, 因为这样的特性,控制了赛车滑动。蜗轮和蜗杆式torsen轮间差速器和蜗轮和蜗杆式torsen都是使用了蜗杆传动的难以返回的原理与齿面高度磨合的原理来让赛车达到差速的效果,由它的里面的差动转矩器和转速器大小的变换而自动锁死或放开, 有效地提高了汽车在不同道路上的通过性。这款托森差速器是方程式赛车的专属,是格里森公司专门为方程式大赛而定制的,它具备体积比较小,轻的重量的优点,在与普通差速器相比的情况下,具备高速和可操作稳定性的优势,对赛车在不同赛道上运行的功能有很大的提升,性价比比较高。2. Drexler差速器Drexler差速器又叫做德雷克斯勒差速器,它也是限滑差速器的一种高性能类型,德雷克斯勒不论从自身的质量、体积、性能来说是最好的,而且安装方便,但是价格确实很贵,土豪车队必备。这款土豪类型的差速器在最近几年的国内方程式比赛中应用的越来越多,因为这类赛事得到国家的支撑,投资人越来越多,使得一部分车队得以使用。又因为其质量更轻,只有2.6千克。它的结构图如下图4.4所示,内部构造图4.5所示。图4.4 德雷克斯勒构造图图4.5 德雷克斯勒内部构造德雷克斯勒差速器考虑到FSC赛车大部分使用链传动,配套提供了链轮连接设计和链轮的配套毛培。由于这样的超级和高级差速器,造价和进价必须昂贵,全部大概要花两千多美元,从外国弄到中国得两万多人民币。只有小部分可以支付得起的车队可以使用,在性价比上不如托森差速器。3. Cusco差速器这款差速器最近的一两年的比赛中得到一些车队的看好,但实际情况是,由于经费的原因,托森用的比较广泛。其产品特点突出,而且性价比相对来说,是比较高的,因此在近几年的时间里得以应用。结构如图4.6所示。图4.6 Cusco差速器的结构这款差速器使用高强度铬钼钢L.S.D外壳,内部半轴齿轮、主动齿轮使用精密的锻造工艺,这样可以使得齿轮的形状变小,而且赛车的耐久性也得到大幅度的提高。槽沟技术是Cusco差速器独有特点,使得润滑油快速通畅的灌进去,压缩环与MZ片的接触部分可以完成平滑研磨,与Cusco润滑油循环系统相互使用,使得产品的稳定性能力增强。其品质较好,而且价格介于托森与德雷克斯勒之间,不算太昂贵。因此得到了大部分车队的喜爱。由于我校车队经费和历年比赛的经验来说,最好的选择是,选用符合自己的产品,实惠且又能让我们的赛车驰骋在比赛场地上发挥它的最大水平,由上面几种差速器来看,最终的决定是,我们采用托森012000差速器。4.2 托森差速器的润滑方式由大量的数据表明,汽车差速器在初期时,容易出现烧蚀问题19。又因为差速器的运转是由蜗轮蜗杆机构操控的20;如果这部分不润滑,很容易造成温度升高,然后烧蚀现象,这样会降低传动的效率。除此之外,对赛车手的安全也是一个重要的问题。因此这个部位使用粘稠度大的润滑油是比较合适的,除此之外,还需要在润滑油内添加化学剂,原因是为了提高润滑剂的胶合力以及散热能力。所以润滑油选用格里森公司推荐的80W-90GL5,可以满足蜗轮蜗杆在运转时的要求。因为买回来的Torsen差速器没有外壳,所以需要我们另外设计安装外壳,对润滑油进行合理地设计和密封。4.3 大小链轮的设计两个链轮可以将力矩和动力传递到车轮,也是传动系统中比较重要之一,也可以说是核心,所以其结构优化设计是我们首先考虑的。4.3.1 大链轮的结构设计由第三章的表3.4可得大链轮的尺寸。方程式赛车在赛道运行中的扭矩是经由大链轮传递小链轮到差速器。对于这个传动的过程是怎么样实现的,以至于可以把发动机的动力传到差速器内,有以下的几个方案可以参考选择,见图4.7。图4.7 扭矩传递方案经过对比可得,我们应该好好利用差速器壳体上的内花键,使得大链轮传递的动力由花键传扭到差速器上。这样一来,我们应该在大链轮上设计一部分花键,用来与差速器花键配合,这样大链轮不仅可以有准确的定心定位,而且还具有重量轻,使用方便,布置简单等优良特性。对大链轮进行轴向定位,可以采取螺栓连接差速器壳体的方案,可以让大链轮的轴向力得以定位。除此之外,因为使用润滑剂,所以一定考虑将润滑油进行完全密封。又因为使用的是限滑差速器,半轴有可能会与差速器壳体发生相对滑动或者相对转动,因此,我们选择骨架油封,以防止润滑油从差速器的侧面渗出。需要考虑到限位的问题,即在骨架油封的布置与轴之间,所以应该在大链轮的外侧冲一个孔,这样,可以方便安装轴承和油封。在确保大链轮的强度的条件下,想要完成轻质量化,在大小链轮上我们第一次采用7050铝合金,设计并优化了镂空,最后设计了五角星图案,总体质量只有1.6kg,最大直径小于210mm,所以可以说它具备质量较轻,尺寸较小、完美外观等优良特性。见图4.8得。图4.8 大链轮4.3.2 小链轮的结构设计小链轮的直径大约仅有60mm,所以不需要再做镂空设计优化,发动机变速箱输出轴经过花键把扭矩传到小链轮,所以应该在小链轮上设计出花键,花键经由大螺母限位。见图4.9。图4.9 小链轮4.4 差速器的壳体因为torsen差速器采用蜗轮蜗杆等机械零部件,因此要求油润滑效率要高才行。并且需要往润滑油里添加化学剂,故本设计采用油润滑。因此,差速器壳体的设计是差速器设计里的重要环节,它可以把差速器包裹起来,可以防止润滑油飞溅。除此之外,应该在差速器的左、右两端安装轴承,经由支架稳定后面的差速器总成。更好的选择是硬铝合金,经过上述的结论,在强度、硬度和成本的综合考虑下,为了减轻整车质量采用了7050铝合金,其符合需求的条件下显现了轻量化的优良特性。Torsen差速器外的壳体不但实现了密封的作用,还是在轴承的安装面上,支撑和限位都是由差速器壳体来完成的。除此之外,我们需要在差速器外壳上打出定位孔,用它来限位大链轮,还需要将差速器壳体设计成两个半壳的拼接体,方便用螺栓进行安装拼接。差速器壳体的左端应该打孔,以便与大链轮进行配合,这样就可以对大链轮进行限位和固定。我们的设计选用12.9级的M6内六角螺栓,非常的轻巧和便捷,差速器壳体的右端需要安装轴承和油封,进行限位和密封。差速器的左壳体和右壳体的拼接采用M6的内六角螺栓进行连接固定,然后使用密封胶对其密封。除此之外,在壳体上攻出管螺纹,安装一根油塞,加润滑油和放润滑油非常便捷。所以可以说它具有结构紧凑,整个结构轻便灵巧、密闭性好、外观良好、简洁等优良特点。差速器壳体如图4.10所示可得。图4.10 差速器壳体4.5 差速器输出轴依据torsen差速器的结构来说,差速器对外输出的扭矩是经由花键来实现的。将力矩从发动机传递到两个半轴之间的方案有两个:首先是我们用现成的工具器材加工设计球笼;其次是从汽配城购买现成的球笼,并由我们来设计并加工短轴,用以连接差速器与内球笼,我校设计的方案是球笼和短轴为一体。因为第二个方案比较容易实现,并且可以节约我车队的资金,所以选择第二个方案。然后,我们进行左、右短轴的设计。4.5.1 轴的结构设计我们计划选择使用成品的奥拓万向节,它的构造为内花键,所以仅仅只用做出两端都是外花键的短轴就可以。短轴限位借助卡簧和轴承,油封布置在端口,其有一个花键空,做了两端具有花键的轴用于连接差速器和内球笼,连接可靠,承受扭矩大21。对轴的限位有很大的可靠性,然后我们在内轴上设计一个轴肩,具有顶住涡轮台面的功能,限位外轴承。使其稳定。除此之外,我们还对轴和相应的孔进行了相应精度设计,配合油封,具备优良的封油作用,左轴和右轴的结构紧凑且符合各种需求。所以我们设计的轴选用TC4钛合金,对花键进行高温和高频淬火,符合我们的需求。左轴如下图4.11所示,和右轴图4.12所示图4.11 左轴图4.12 右轴4.6 轮芯因为我校设计的赛车的轮芯不是普通汽车的轮芯,我们用的轮辋是赛车专用的轮辋,因此轮芯的重新设计是我们要考虑的,在全新优化的轮芯下,卡钳、刹车盘等必须要有很好的工作的空间,而且还需经由螺栓与轮辋进行拼接,对材料的性能的考虑也很重要,综上所述,我们采用了7050铝合金。让轮芯满足轻量化,材质上的硬度也得到满足。并且可以满足赛车所需的要求。而且我们使轮芯进行了轻量化的优化,让轮芯的质量控制在小于1kg之间,连接半轴和轮辋的关键零件是赛车的轮芯,完成对轮芯的轻量化优化设计是对赛车的动力性的增强以及油耗率的降低有着至关重要作用。如图4.13前、后轮芯所示。图4.13 前、后轮芯4.7 差速器支撑4.7.1 轴承的选择因为需要必须在安装精度下,轴向力才会不大,所以我们选用的是深沟球轴承。4.7.2 支撑的结构根据轴承和传动装配的条件对轴承支撑进行优化,因为我们需要考虑到减轻质量的问题,采用了7050铝合金设计,我们还要对轴承支撑设计一个镂空。并对轴承的限位进行合理的设计22。深沟球它的结构如图4.14所示。图4.14 支撑结构对整个系统进行优化后,它的剖视图如下图4.15所示。图4.15 剖视图4.8 吊耳和张紧的优化设计4.8.1 吊耳的设计我校车队对吊耳的设计是把单边吊耳用钢板把两片耳片焊接在一起,起到起重的作用,除此之外,还有长吊耳。吊耳如下图4.16和长吊耳如下图4.17所示得。图4.16 吊耳 图4.17 长吊耳4.8.2 张紧的设计张紧机构设计的主要原因,是因为传动链需要避免在链条的松边陲度太大的时候,造成的啮合不良和链条的振动的不利条件,与此同时,也提高了链条和链轮的啮合包角。我们学校的赛车的优化张紧机构的设计是选取了可调中心距来调制的,即是选取的螺杆两端、杆端轴承,它们也可以叫做为正、反丝的两种选择方式,因此,我们的调节张紧机构的时候可以使用扳手来调节。张紧机构如下图4.18所示和图4.19总装图。图4.18 张紧机构图4.19 总装图4.9 半轴与万向节4.9.1 半轴汽车传动半轴是底盘动力系统中的关键部件。半轴的作用是把发动机变速箱输出的扭矩传递到车轮,驱动车辆前进23。与此同时,当车轮在转向时发生上下的震动,万向节就会扭转一个角度和移动,用来同步车轮与变速器之间的角度和位置的改变。赛车生的动力输出力矩要由半轴来完成,同时,还要承担来自作用在车轮上的垂直力、侧向力和牵引力和制动力造成的纵向力。现代汽车普遍使用的半轴,可以依据支撑方式的不一样,有全浮式和半浮式两种不同的方式。半浮半轴,一般将半轴的一端做成法兰结构,然后再使用螺栓与制动鼓进行连接,另一端做成花键结构,然后再与差速器内的半轴齿轮相接,半轴通过轴承和制动鼓承受车轮和驱动桥之间的各种力的作用,经过差速器将扭矩传递到车轮上。其结构简单、质量也较轻和价格低廉,在客车和轻型货车上应用比较广泛。由于半轴是传动系统末端的传动零件,在其工作的时候,受到的扭矩和弯矩以及受力情况是比较复杂的24。由于半浮半轴支承的拆卸、安装是很困难的,而且在赛车行驶过程中,如果半轴折断,就会容易造成车轮飞脱的危险,故这样的传动形式即将淘汰。全浮半轴,它只可以只传送旋转力矩,同时,反力和弯矩也作用在全浮半轴上,它与独立悬挂的结合的情况下,非常适合增强赛车的舒适性,所以这样形式的半轴使用非常广泛。这种形式的半轴拆卸与安装便捷,我们仅用拧下半轴的固定螺栓就可以抽出半轴,然后对它进行保养维修。并且车轮、桥壳同样可以支持汽车,这样一来,对汽车的维护和保养是非常方便的。经由它的布置结构形式,我们设计的方程式赛车应该灵活的布置,拆卸和安装应该要便捷,所以选取全浮式半轴。采用TC4钛合金材料,因为考虑到轴距,所以奥拓的短半轴是最佳选择。在装配的过程中,半轴的长度应该要被改动,因此要选用合适的方法对半轴进行一定的加工25。见图4.20所示。图4.20 加工方案经过我们的加工和设计,在根据以上的方案,设计出了套筒,如下图4.21所示。左、右半轴的设计如图4.22和图4.23所示。图4.21 套筒图4.22 左半轴图4.23 右半轴4.9.2 万向节若在运动学原理的基础下,可将万向节分为非等速、准等速和等速万向节26。非等速万向节(双联式)是构造较是非常繁琐,形状也比较大,零部件种类较多;非等速万向节(Fenaille 凸块式)由于滑动的摩擦力原因,高速运转时容易产生发热问题;非等速万向节(三销式)因为它的外形尺寸比较大,具有比较复杂的形状,毛坯需要精确模锻,且还会轴向滑动,受到的附加弯矩和扭矩比较大。等速万向节(球笼式),到目前为止,该形式的万向节是被使用最为多的,主要由钟形壳、星形套、钢球和保持架(亦称球笼)构成,它具有单节瞬时同步、两轴间角位移大、效率高、安装与拆卸便捷、能承受重载及冲击载荷等优良特性。等速万向节(三球销式)是一种能够自由轴向伸展、收缩的联轴节,当三球销式等速万向节形成一定的角度(活跃度比较高)传送动力的时候,其在相对滑动中会在内部零件里产生,摩擦力必须会发生的,它的三个球面滚子也还可以造成较强颠簸。它具有的优良特性是结构简单、体积小、润滑性好、散热性很快、承载能力强和工作可靠。挠性万向节,其比较特殊,一般用于越野性能好的车型上,这里不概述。我校方程式赛车梦想4.0号采用三球销式,然后球笼和短轴为一体,这是最新的设计和优化。图4.24万向节所示。图4.24 万向节5 传动系统的ANSYS分析5.1 ANSYS的介绍5.1.1 ANSYS的概述ANSYS分析法是机械工程界领域的一种数值运算技巧,它的应用和使用是比较广泛的,自从二十世纪以来,得以快速的发展和使用。目前为止,已经出现了不同的有限元算法,然后经过计算机科技的进步发展,有限元分析已经成为专业的有限元商业软件。ANSYS软件通过他的多物理场耦合分析在成为CAE软件的应用主流。有限元的基本概型包括ANSYS分析、ANSYS模型、自由度、节点和单元以及单元型函数27;它是可以使用非常便捷的单元(元素),就可以将有限的数量的未知量去逼近无限未知量的确切有效系统。5.1.2 ANSYS的分析步骤ANSYS是物理情况的模拟,也可以叫做几何及载荷工况情况。它也是数值近似值的真实条件。它可以根据把要分析的事物来区分网格,将有限个已知的物理量,在模拟的环境下,完成无限个未知量的解答。ANSYS分析的过程包括以下三个步骤:1、创建有限元模型:创建或读入几何模型;定义材料属性;划分网格,即单元及节点。2、给上载荷量,然后解答:给上载荷和载荷选项、设定约束的前提;然后再求解。3、查看结果:查看分析结果;检验结果。5.1.3 ANSYS仿真步骤图5.1 仿真流程图链轮的ANSYS分析根据材料的给定参数,其中最主要的是密度(DENS)、杨氏弹性模量(EX)和泊松比(PRXY)。链轮的材料选择7050铝合金,他的密度是2.83g/cm3,他的弹性模量是72MPa,他的泊松比是0.33。材料7050铝合金的力学性能是如下图5.2所示。图5.2 7050的性能参数5.2 各零部件的受力分析5.2.1 大链轮的ANSYS分析如果驾驶员操作不慎,油门和刹车同时踩下的情况,然后轮胎接近极限值,且开始打滑的时候,假如这样的情形出现在。计算这时候的受力,并且施加到大链轮上,然后可以把它用来校核大链轮。所以制动力是: (5.1)其中,表示地面附着系数,取值为1.5。因此,赛车后轴荷为:(5.2)其中,G表示赛车满载质量,G=(275+65)9.8=3332N,65Kg为车手质量,表示赛车后车轴轴荷比,取0.52。取1.5,大链轮承受的为(5.3)计算可得,最大扭矩为。这里我们把链轮受力的情况施加到一个齿上,链轮从动转动只有一个齿受力较为明显,顺时针递减,然后把紧边拉力(4963.16N)和松边拉力(2993.26N)施加到承受载荷的齿轮上分析。得到下图5.3应力分析图。图5.3 应力分析图取安全系数为,可以得出许用应力是:(5.4)从上图5.3可知,分析出,而我们选用的7050铝合金的,有上述可以知道,在合理范围内,即满足要求。由下图5.4可得大链轮的,而许用挠度是,因为,故在合理的范围内,即满足要求。图5.4 链轮的变形5.2.2 轴的ANSYS分析由4.5.1可知,轴选用TC4钛合金。因为轴承受的是扭矩,即承受889Nm。导入ANSYS软件得图5.5轴的应力分析和图5.6轴的变形。图5.5 轴的应力从上面图片可以得出,最大的应力值为,这个值小于材料的许用应力值,满足要求。图5.6 轴的变形从上面图片可以知道,施加扭矩后它的变形量为,变形量很小,所以满足需求。5.3 传动系的优化5.3.1 优化方案第一种方案:使用ADAMS与MATLAB进行联合仿真优化;应用这两种软件进行联合模拟,不需要制作实物样品就可以对虚拟的模型进行仿真优化,直到获得满意的结果的优化设计。第二种方案:应用ANSYS软件进行优化处理;可以有效的将一个需要优化的部件进行降低质量、尺寸、体积等参数,然后达到优化的目的。5.3.2 优化方案的介绍与选择1. ADAMS与MATLAB联合优化ADAMS软件是美国的一个MDI公司开发的一种运动学仿真分析软件,他可以在虚拟的环境下建立几何模型,其应用拉格朗日方程方法对部件的静力学、动力学和进行运动学分析。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等28。MATLAB软件是一种高性能的数值算数和可视化软件,他可以仿真、建模、应用程序开发,可以准确的进行仿真分析。两个软件一起进行优化的环节:(1) 建立有限元的模型,再然后把画好的CATIA建好的模型导入即可;(2) 然后确定ADAMS的输入和输出,它是与MATLAB设计的控制系统进行数据通信的接口,如下图5.7所示;图5.7 联合分析(3) 建立控制模型,利用函数将系统模型建立起来;(4) 开始联合仿真,将MATLAB的步长与ADAMS的在工作环境中一致。由于自身的原因,以及ADAMS软件比较难找,学习难度较大,短时间内是学不会的,它对分析的要求较高,学习下来花费的资源比较大,所以此次的分析优化不使用ADAMS与MATLAB进行联合优化。2. ANSYS软件优化使用ANSYS进行优化,意思就是将一个方案中保证各性能强度一定的情况下,对零部件进行降质量、面积和应力等条件。而ANSYS软件里有两种方法,一种是零阶方法,可以处理很多工程问题;另一种是一阶方法,适用于精确的优化分析29。因为其使用方便,可以从我校图书馆借到有效的学习资料进行学习,因此我决定使用ANSYS软件对传动系进行优化。5.3.3 轮芯的ANSYS优化首先,打开Workbench 15.0软件,点击Geometry,即;然后点击Shape Optimization模块,即;接着我们输入选择的材料,对于轮芯,我校车队选用7050铝合金,弹性模量72Gpa,泊松比0.33,在输入材料参数,然后我们通过上面的几何学导入需要优化分析的模型,如下图5.8所示。图5.8 导入轮芯第二步是进行网格划分,如下图5.9所示;接着对其施加约束;在点击中的Fixed support,即对四个螺纹孔进行约束,如下图5.10所示;然后进行Load中的力矩载荷进行约束,如下图5.11所示;图5.9 划分网格图5-10 螺纹孔的约束图5.11 力矩载荷我们还需在Loads模块中选择施加集中力Force模块,即,然后设置给定的参数,如下图5.12所示;X方向上的力为1495N,Y方向上的力为998N,力矩为889Mm;然后在属性中的Target Reduction中改为70%,如下图5.13所示;然后点击运行得出结果,图5.14。图5.12 施加集中力图5.13 集中力参数及优化参数图5.14 结果对轮芯轻量化处理,是采用拓扑结构优化的方法,该方法基于变密度法,通过拓扑结构后的结果,修改模型,以达到轻量化的目的。因为我校赛车的模型是先优化后再改模型,这是最终得到的模型,也是我校方程式“梦想4.0号”赛车的轮芯优化模型。总结本次说明书完成的比较通畅;首先,我们根据了大赛规则,在大赛规则的范围内,对我们要设计的赛车的传动系统的发动机参数进行了限流优化,算出了减速比和动力性的计算;其次,我们选定了链传动,选定了链条的国标标准,然后,根据自己所学的机械设计机械传动的内容,对链传动进行设计分析,算出各种力矩以及参数;再次,是对传动系里面各个进行选型及绘制CATIA三维图,选定Torsen差速器、三球销式万向节、深沟球轴承以及全浮式半轴等;最后,我们对这些零部件进行了应力分析以及对赛车轮芯进行优化设计;因为,分析优化都是现学的,全是依靠
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