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浙江大学城市学院29_FSC方程式赛车设计报告

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更新时间:2019/10/25(发布于四川)
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文本描述
2
保证车架受力合理;模态分析出车架1阶频率为80.021Hz,2阶频率为168.61Hz,均远离
发动机组件振动频率,不产生共振
车队采用PVC软管对车架进行了1:1的模型制造,以便车手进入驾驶舱测试人机工程,
据此再次进行设计改善,并在模型上完成修改;在保证强度、刚度的前提下,经减重设计后
最终车架重量为33kg
发动机(Engine)
赛车采用浙江春风动力股份有限公司赞助的春风动力268MQ发动机,排量为399.9cc,
最大功率30kW,最大扭矩34.91N·m.,直列双缸四冲程
由于原装发动机双节气门系统不符合大赛规则,车队自行设计进气系统,利用UG进行
建模和GT-POWER软件进行优化分析,得到进气道、稳压腔、进气歧管一体式设计,高度
160mm,锥度28度,容积2600cc的进气系统管腔。进气系统使用FDM快速成型技术进行
加工,这是睿鹰车队第一次使用快速成型这一先进技术
排气部分在符合规则的情况下,使用具有消音效果的回压式排气管,置于车辆右侧,远
离发动机且迎风加强散热,同时可以为发动机舱布置减小空间压力
冷却部分使用原厂配套冷却水箱和散热装置并置于车辆左侧,尽可能增加迎风面积
使用1.5mm不锈钢板焊接自制油箱,放置于发动机前左侧框架内
传动系 (Drivetrain)
根据发动机的最大功率及最大功率对应转速和车辆在四档时的最高车速为依据,初步计
算主传动比,根据安装限流阀后的发动机台架实验数据绘制发动机外特性曲线,进行进一步
优化计算,最终确定主减速比为3.47,大链轮齿数52齿
差速器选用Drexler v3限滑差速器,其响应时间短,锁止特性呈线性,扭矩适应范围
广。体积小,重量轻
根据悬架、发动机和车架布置,选用自制半轴,其长度和强度能够更好地适应赛车。万
向节均采用奥拓车使用的球笼万向节
采用自制7075铝支架进行差速器及附属部件的固定,通过调整杆调节链条松紧,经
ANSYS分析即符合强度要求又有减重作用
为了换挡操作方便快捷,换挡结构可靠,体积小,质量轻等目标,赛车采用电机换挡。悬架 (Suspension)
轮胎和轮辋
基于整车安全性和轻量化考虑,前后轮辋均采用Keizer 10i 10x7预制的轮辋。这款宽轮
辋提供了较大的驱动力,轮辋侧偏距为悬架、制动、转向系统的布置留下了较大的内部空间
轮距轴距
在满足规则的情况下,对各系统布置、人机工程分析及车辆弯道性能等进行分析,不断
调整后,最终确定轴距为1547mm,前轮距为1218mm,后轮距为1190mm
悬架
前后悬架系统均采用不等长双横臂独立悬架,并且前后均设横向稳定杆机构,可以有效
控制侧倾和质量转移,通过前后轮侧倾角及刚度等参数的调节使车辆实现适度的转向不足
前后悬架均通过推杆、摇臂将载荷传递到空气减震器
前后悬架均先在UG中进行三维建模,在保证悬架杆系和其他零部件不发生干涉的情况
下。悬架系统各零部件进行ANSYS软件有限元分析,优化出适合比赛用途的悬架零部件尺
寸。同时在ADAMAS软件中进行运动学仿真,使得整个悬架系统在变化载荷情况下,都能
使车轮定位参数在合理的范围内变动。将优化后的结果返回UG模型中进行三维模型修改
考虑到制动和加速时,前后车轮载荷的变化,悬架结构采用“前悬前掠,后悬后掠”的形式
横臂采用碳纤维管制作,在保证强度的情况下做到减轻质量。减震器采用DNM RCL8
空气减震器,在保证性能的要求下减轻质量
轮毂与立柱
前轮毂采用的材料是7075铝,因为前轮毂不需传递转矩,使用7075铝既能保证强度又
能减轻质量。后轮毂采用的材料是45号钢,因后轮毂需承受发动机通过半轴传递的转矩,
需要与球笼万向节成花键连接。前后轮毂轴承均采用可靠性好的4074双列角接触球轴承
前后轮均用轴向挡圈进行轴向固定。前后立柱采用的是7075铝材料,在保证强度的同时还
能最大程度地使车辆轻量化,有效提高行驶操控性
转向 (Steering)
为了转向系统内外转角能够接近理想阿克曼曲线,比较之下选择梯形臂结构
在转向机的选择上,综合考虑加工难于程度、成本、性能等因素之后,决定采用齿轮齿条式的转向机,以符合竞赛性能要求和空间布置要求
转向系统首先在MATLAB软件上进行编程分析实际阿克曼曲线与理想阿克曼曲线的差
距,进行比较,并做了平行转向间的计算,理论曲线与实际曲线差距只有0.045弧度,因此
选择了趋于平行转向的一组数据,并在UG软件上进行三维建模分析,保证在车架的空间布
置合理,与悬架不发生干涉,零部件受力合理
为减轻质量,转向机采用自制齿轮齿条并使用铝合金做壳体。转向横拉杆为碳纤维制
制动 (Brake)
制动系统采用H形双回路四轮碟刹,保证制动系统安全可靠,采用Wilwood 260-3372
制动主缸,40Cr制平衡杆调节,调节简单可靠,达到在不同工况下对前后制动力调节,保
证车辆四轮能够同时抱死。通过计算附着系数为0.8的路面上地面制动力和制动器最大值动
力及制动距离等参数的综合参考,与10寸轮辋内部空间等因素考量,使用180mm定制浮
动盘。为减轻质量,将浮动盘内圈与轮毂作为一体式
根据规则、人机工程学和双回路系统要求,制动踏板行程取50.8mm。制动踏板使用铝
合金自制,并设置有踏板超行程开关以切断点火系统和喷油系统,保证车辆行驶安全。制动
管路采用丝网编织带钢喉油管,接头处耐压性能好,管路在高压时热膨胀损失少
车身 (Body)
在美学上,整体造型灵感来源于“城院鹰”标识,将鹰嘴概念融入车头设计中,流畅中
带出凛冽,锋利中又不失精致,流线型车身带有速度的力感,形成了独具风格的车身设计
在空气动力学性能检验上,UG软件建模后导入FLUENT软件进行虚拟风洞数值仿真
以降低风阻系数和增加发动机散热为目标进行优化设计。分析优化结果如下:1、车头部分
对气流阻碍较大,两翼处流速较快,为车辆提供一定下压力。2、侧翼空气流有向内流动的
趋势,对发动机冷却降温起到一定帮助。3、在Z轴方向(垂直地面方向):压差阻力为
-76.940N;压差阻力系数为-0.233。在Y轴方向(赛车运动方向):气动阻力为108.886N,
气动阻力系数为0.329。4、将车头尖点位置面积扩大,形状为圆弧形。下端收缩,与车底圆
滑连接起导流作用降低风阻系数
综合考虑强度、成本和轻量化三方面,确定采用玻璃钢制作车身,重量为13.5kg。正视图。