车辆工程毕业设计论文-hqf-600型fase一级方程式赛车车架优化设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-hqf-600型fase一级方程式赛车车架优化设计(编辑修改稿)内容摘要：

点：加工制造方便，造价低廉，具有较好的容错性，强度较高。 缺点：不利于空间布置和车身造型，需要覆盖车身，因而不利于轻量化 限制条件：结构设计，加工工艺水平 车架的设计 通过各种对国内为车架的借鉴对车架进行设计 ，通过车架的设计来完成本次设计 11 的初步内容。 FSAE车架的设计参考 首先是对国内外车架的的借鉴。 （如图 — 图 ） 图 参考车架 1 图 参考车架 2 同时根据人机工程学，选用 95百分位身高的人做参考对车架 进行设计 ，他对车架 12 的前舱尺寸有着非常重要的意义。 发动机的外观尺寸参考 CF188发动机的外形安装尺寸它对车架发动机的固定空间设计非常重要 （如图 ） 图 发动机外形尺寸 图 FSAE赛车总体布置 赛车的总体布置是根据以上参考进行的 ，最后对车架进行了总体的布置（如图） 图 赛车总体布置图 总体布置是由发动机前置前驱与发动机后置后驱所选择，最终选用发动机后置后 13 驱的原因有以下几点： （ 1） 如果选用发动机前置前驱使其结构复杂化，总体布置工作较为困难，维修与保养时的接近性变差。 （ 2）选择后置后驱时，驱动可以选择 CVT驱动，使其结构简单化，自然整车的制造成本降低，比赛在制造成本也会得到好的比赛分数。 （ 3）后置后驱的方式改善了赛车驾驶员的视野，让驾驶员更能观察比赛的情况同时做出相应的调整。 （ 4）在特殊赛段 有上坡 比赛时候后置后驱驱动轮上的 附着力增加爬坡能力提高的优点。 车架的结构设计 车架 作为自制部件中最重的部分 ， 首先需要考虑的是车内物体的安放空间。 车内体积最大的是车手、发动机和传动系统，放置好后就能围绕它们布置管件，勾勒出赛车的轮廓。 同时在规则中有很多是专门保证车架 乘坐空间和车身强度的，诸如座舱的俯视有效面积、腿部空间、一定坐姿下头部离主环前环连线的距离，以及管件的截面最小尺寸，侧防撞结构，前隔板、前环、主环的支撑结构等等。 根据这些多如牛毛的规定调整和细化前面的框架，可以初步满足结构需要。 通过设计本次共设计出三种不同结构的车架。 方案一（如图 ） 图 车架方案一图 14 特点： （ 1） 此车架长宽高 2300mmx650mmx1050mm （ 2）此车架通过边梁式车架衍生而来，底部由直钢管焊接而成。 （ 3）车架主环梯形的设计方案，是主环加工简单。 （ 4）发动机由 车架 2根纵梁连接，是发动机固定在车架上更简单。 方案二（如图 ） 图 车架方案二图 特点： （ 1）车架长宽高 2410mmx650mmx1050mm （ 2）车架底座与发动机舱和前环成一定的角度，使整车的重心下降。 （ 3）发动机是通过几根固定拉杆焊机在车架的主环上连接的，相对而言这种结 构的车架发动机固定困难，且由于空间的缘故维修起来也比较麻烦。 （ 4） 主环顶部采用圆形结构设计，让车架的有一定的流线美观的同时也为赛车 侧翻起保护作用。 （ 5）车加的侧面防撞杆通过 2跟斜拉杆分别与前环主环焊接而成。 方案三（如图 ） 15 图 车架方案三图 特点： （ 1）车架长宽高 2410mmx650mmx1050mm （ 2）车架发动机舱与座位底舱平行，前环与座位底舱成一定角度，是人的重心 和发动机重心降低。 （ 3）车架发动机也是通过 2根纵梁连接，去掉发动机舱 2跟横向拉杆，是发动机 舱空间更大。 （ 4） 该车架同时也省略了前环与侧防撞杆的连接，使其结构强度降低但降低了 车架的质量。 材料的选择 FSAE比赛中所使用的整体式车身基本采用碳纤维 (carbon fiber)制造在几何设计的同时，需要 选择合适的车架材料。 目前多采用低碳钢及合金钢，铝合金和复合材料也有车队采用。 大赛规则对材料的限制，例如铝合金的壁厚须在 3mm以上等规定，是选择材料首先要考虑的问题。 对材料不仅仅要考虑它的强度和密度，同样重要的是材料的稳定性、加工焊接工艺要求、能否获得、价格等因素。 不同部位可以选择不同的材料和管型，以在受力能保证的前提下降低成本。 但是整个车架材料和管径不宜过多，这会导致采购的困难，反而增加了成本。 如果选用低碳钢就得根据中国 20xxFSAE大赛要求选用钢管（如 表 ） 16 表 车架钢管直径 部件或用途 外径与壁厚 主环和前环 * * 侧防撞结构、前隔板 防滚架支撑 * * 或 * 前隔板支撑 * * 最后我选择的材料为 Q235的钢材，其杨氏模量为 Pa，泊松比 ，屈服极限 235MPa。 为了使车架加工方便和降低成本，在符合要求的前提下我全部选用 直径为 *。 整车质心的 确定与受力分析 (1)求出整车的质心位置 ini iimxma 1 （ ） aLb  （ ） ini iig mymh 1 （ ） im 是第 i 个总成的质量 (Kg) ix 是第 i个总成的质心至前轴中心的水平距离 iy 第 i 个总成的质心至地面的高度 a 整车质心之前轴中的心的水平距离 b 整车质心至后轴中心的水平距离 gh 整车质心质地面的高度 L 轴距 车架坐标： x=650 y=300 人的坐标： x=600 y=300 17 发动机坐标： x=1180 y=210 kg55人m kg30m 车架 kg49m 发动机 8 3 3 2493055 2 1 0493 0 0303 0 055a   8 9 78 3 31 7 3 0ab  L 210493003030055h g   所以整车质心为 x=897 y=267 座位用 U 型螺栓连接，并且 U 型螺栓与车架进行焊接。 其焊接 且最终受力于车架边梁 (2)受 力 分析 由于在 ansys 用面载荷就得 将 牛顿转化为帕斯卡，所以分别对加载载荷进行计算： 压强公式 sFp 座椅对车架横梁的压强： PasFp 4 0 2 9 310255 4 65 5 0 6  座椅靠背对车架主环横梁压强： PasFp 55t a n 6    发动机对车架纵梁的压强： PasFp 1 4 0 0 010257 0 02 4 5 6  车架侧翻时主环所受的力计算： 21 mvmvFt  F— 指赛车侧翻时主环所承受的力 t— 当发生侧翻时候有最高车速变为 0 车速的时间，根据经验值选用 m— 赛车的整备质量约为 200kg v1— 赛车的最高速度 约 为 150km/h v2 — 赛车车速变为 O时表示。 18 所以 Nt mvmvF 20xx121  本章小结 本章对车架进行了介绍，提供车架的设计参考。 对 FSAE赛车进行了总体布置，并且对赛车车架进行了三种不同结构的设计，还对车架的材料如何选择规定进行了介绍，同时对车架的材料进行了选择，最后对整车的质心进行了确定和受理分析。 19 第 3 章 车架模型的建立 Pro/e软件的介绍 1985 年， PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER诞生了。 经过 10 余年的发展， Pro/ENGINEER 已经成为三维建模软件的领头羊。 目前已经发布了 Pro/ENGINEER20xxi2。 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。 Pro/ENGINEER 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 下面就 Pro/ENGINEER 的特点及主要模块进行简单的介绍。 主要特性 全相关性： Pro/ENGINEER 的所有模块都是全相关的。 这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修 改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。 全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型： Pro/ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。 这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。 例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。 通 过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。 为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。 数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 20 装配管理： Pro/ENGINEER 的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如 “ 啮合 ” 、“ 插入 ” 、 “ 对齐 ” 等很容易的把零件装配起来， 同时保持设计意图。 高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用 三维模型的建立 通过运用 Proe 软件建模的强大功能，扫描，拉伸的功能将三个车架的模型分别建立出来。 车架方案一的模型建立 . 首先新建零件图，不适用缺省模板，然后选择牛顿毫米秒的单位 （如图 — 图） 图 新建零件图 21 图 选择牛毫米 秒为单位图 建立各种平面完成车架的线型（如图。