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（完稿）HQF600型FASE一级方程式赛车车架优化设计（CAD全套）

高级轿车所采用，支承着发动机离合器变速器转向器非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在使用期内不应有严重的变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声，也使汽车的乘坐舒适性操纵稳定性及些机件的可靠性下降。货车车架的最大弯曲挠度通常应小于。但车架扭转刚度又不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭角约为。在保证强度刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能减小，以减小车身质量。货车车架质量般约为整车整备质量的。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求。车架的结构形式根据纵梁的结构特点，车架可分为以下几种结构型式周边式车架周边式车架用于中级以上的轿车。如图.所示，在俯视图上车架的中部宽两端窄。中部宽度取决于车身门槛梁的内壁宽前端宽度取决于前轮距及前轮最大转角后端宽度则有后轮距确定。左右相关纵梁由横梁连接。其最大特点是前后两段纵梁系经所谓的缓冲臂或抗扭盒与中部纵梁焊接相连。前缓冲臂位于车厢前围板下部倾斜踏板前方后缓冲臂位于后座下方。其结构形状容许缓冲臂有定的弹性变形，可吸收来自不平路面的冲击和降低车内噪声。此外，车架中部加宽既有利于提高汽车的横向稳定性，又减短了车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于,美元。这项竞赛包含有个最主要的基本元素，分别是工程设计成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。现在在美国欧洲和澳大利亚每年都会举办比赛。向年轻的工程师们提供了个参与有意义的综合项目的机会。为了促进民族汽车工业的发展，中国于年开始举办此赛事。本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用进行建模，然后将三个车架导入软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模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。为在传统教室学习中的学生提供了个现实的工程经历。队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。出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被个假象的制造公司雇佣，让他们制造辆原型车，用于量产前的各项评估。目标市场就是那些会在周末去参加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。另外，这些赛车的市场竞争力会因为些附加因素，比如美观舒适性和零件的兼容性而得到提升。制造公司日产能力要达到辆，并且原型车的造价要低于,美元。对于设计团队来说，挑战在于要在定的时间和定的资金限制下，设计和制造出最能满足这些目的的原型车。每项设计将会与其他的设计起参与比较和评估从而决出最佳整车。.赛车车架国内外的现状国外当今有三个地区有的学生竞赛，即美国欧洲澳洲。年代中期，几个美国大学开始主办当地的学生设计竞赛赛车。的名称沿袭了著名的墨西哥汽车比赛。第届比赛于年举办，并且迅速成为个地区性的年度比赛。比赛由三个评判标准组成，即天的静态比赛设计成本陈述接着天是各自的性能竞赛项目。比赛重点强调了地盘的设计，因为每个队伍都使用个匹马力的引擎，这点无法改变。在过去的多年里，的成功超乎了每个人的预期。在的成功获得各界认同的同时，联合美国三大汽车公司开始推广项技术水平更高的工程类学生竞赛，这就是。相比有着许多进步和发展，引擎的限制也已经大大放宽，允许参赛车队使用以下的发动机，这极大地提升了赛车的性能表现。在发达国家，很多高校已经从事超过年时间，拥有大量资金和试验基础的情况下，他们的作品已经基本达到了专业水平，最高时速可达到甚至超过，到加速时间般都在.以内。从原先在比赛中的发动机到现今中已经超过的大功率发动机，在多方面都取得了惊人的成绩，并且该项比赛直保持了发展的态势。国内上海交通大学机械与动力工程学院于年率先开始致力于方程式赛车的开发研制。上海交通大学车队在年研制出的样车是中国大陆第辆赛车，之后又在年完成了第二辆参赛赛车的设计和制造，并于同年月参加了位于美国加州举行的竞赛，最终获最佳新秀车队奖。湖南大学汽车学院也在国外获得过定的成绩。这也是到目前位置中国高校在该项赛事中获得的最好成绩。年中国也举办了第届赛车比赛，各个高校虽然在国内都取得定的成绩，但是赛车的性能相对国外的比较还差得很远。赛车车架的设计又是赛车非常重要的设计，车架对赛车来说固定各个零部件的同时还得在发生危险的时候保护车手的安全，这些国内还有很多的距离要去追赶。.主要设计内容及技术路线主要设计内容研究应用有限元静态分析以及所有软件基础。车架设计方法以及设计步骤的研究。以收集的资料车架为参考设计出三种不同结构的车架。研究建模软件，将自己设计出来的三种不同结构的车架运用软件进行建模然后倒入分析软件。运用软件对三种不同结构的车架进行结构静力分析，通过分析结果得到优化车架。优化设计后进行模态分析与车架侧翻的安全分析赛车车架属于非承载式车身，它是整车的安装基础，所以对整车的总体布置也是属于研究范围。技术路线第章赛车车架的设计.车架的概述车架作为汽车的承载基体，为货车中型及以下的客车中高级和高级轿车所采用，支承着发动机离合器变速器转向器非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在使用期内不应有严重的变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声，也使汽车的乘坐舒适性操纵稳定性及些机件的可靠性下降。货车车架的最大弯曲挠度通常应小于。但车架扭转刚度又不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭角约为。在保证强度刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能减小，以减小车身质量。货车车架质量般约为整车整备质量的。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求。车架的结构形式根据纵梁的结构特点，车架可分为以下几种结构型式周边式车架周边式车架用于中级以上的轿车。如图.所示，在俯视图上车架的中部宽两端窄。中部宽度取决于车身门槛梁的内壁宽前端宽度取决于前轮距及前轮最大转角后端宽度则有后轮距确定。左右相关纵梁由横梁连接。其最大特点是前后两段纵梁系经所谓的缓冲臂或抗扭盒与中部纵梁焊接相连。前缓冲臂位于车厢前围板下部倾斜踏板前方后缓冲臂位于后座下方。其结构形状容许缓冲臂有定的弹性变形，可吸收来自不平路面的冲击和降低车内噪声。此外，车架中部加宽既有利于提高汽车的横向稳定性，又减短了车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。在侧视图上，与其他型式的轿车车架类似，在前方车轮处纵梁向上弯曲以让出前后独立悬架或非断开式后桥的运动空间。采用这种车架时车身地板上的传动轴通道所形成的鼓包不大，但门槛较宽，见图.。形车架如图.所示，这种车架为些轿车所采用。车架的中部为位于汽车纵向对称平面上的根矩形断面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯视图上的形状。周边式车架形车架梯形车架图.轿车车架前端的叉形梁用于支承动力传动总成，而后端则用于安装后桥。传动轴经中部管梁通向后方。中部管梁的扭转刚度大。前后叉形边梁由些横梁相连，后者还用于加强前后悬架的支承。管梁部分位于后座乘客的脚下位置且在车宽的中间，因此不妨碍在其两侧的车身地板的降低，但地板中间会有较大的纵向鼓包。门槛的宽度不大，见图.，虽然从被动安全性考虑，要求门槛有足够的强度和刚度。梯形车架梯形车架又称边梁式车架，是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型，因此被广泛的采用在载货汽车越野汽车特种车辆和用货车底盘改装的大客车上。在中轻型客车上也有所采用，轿车则较少采用。用于轿车的梯形车架，见图.，为了降低地板高度，可局部减小纵梁及横梁的断面高度并相应地加大其宽度，但这使纵梁的制造工艺复杂化且其车身地板仍比采用其他车架时为高，当然地板上的传动轴通道鼓包也就不大了，见图.。如果也包括固定车身的支架，则上述三种轿车车架的自身质量差别不大。无论哪种轿车车架，在前后桥处均要求有较大的扭转刚度，为此，相关的纵横梁可采用封闭式断面，这种封闭式断面可由相配的对且以垂向面为开口的冲压成型的槽型梁相互插入并用电弧焊焊接而成。对于不承受扭矩的车架元件用于固定动力总成的横梁以及车架两端位于基本横梁以外的纵梁，均采用冲压成型且具有开口的槽型断面。载货汽车的梯形车架如图.所示，由两根相互平行且开口朝内冲压制成的槽型纵梁及些冲压制成的开口槽型横梁组合而成。通常，纵梁的上表面沿全长不变或局部降低，而两端的下表面则可根据应力情况，适当地向上收缩。既纵梁中部相当长的范围内具有最大高度和宽度，而两端可根据应力情况相应的缩小。车架宽度多为全长等宽。车架宽度的标准化有利于产品的三化，例如可使车架横梁前后桥及驾驶室货箱等进行互换。车架等宽也简化了纵梁的冲压工艺且在纵梁上不会产生附加扭矩。有时根据设计要求需将车架前后端的宽度做得窄些或宽些，但其尺寸与限定的汽车轮廓宽.相适应。车架的长度大致接近整车长度，约为轴距的倍。脊梁式车架如图.所示脊梁式车技由根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁和些悬伸托架构成，犹如根脊梁。管梁将动力传动系连成体，传动轴从其中间通过，故采用这种结构时驱动桥必须是断开式的并与独立悬架相匹配。与其他类型的车架比较，其扭转刚度最大。容许车轮有较大的跳动空间，使汽车有较好的平顺性和通过性。但车架的制造工艺复杂，维修不便，仅用于些平顺性通过性要求较高的汽车上。综合式车架系综合上述脊梁式和边梁式两种型式而成，如图.所示。这时，主减速器与脊梁相固定，该驱动桥应为断开式的且独立悬架相匹配。其实，图.所示的形车架也应归于这类型，但该车架可与非断开式驱动桥及非独立悬架相匹配。采用车加的侧面防撞杆通过跟斜拉杆分别与前环主环焊接而成。方案三如图.图.车架方案三图特点车架长宽高车架发动机舱与座位底舱平行，前环与座位底舱成定角度，是人的重心和发动机重心降低。车架发动机也是通过根纵梁连接，去掉发动机舱跟横向拉杆，是发动机舱空间更大。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。材料的选择比赛中所使用的整体式车身基本采用碳纤维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