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湖北文理学院43_FSC方程式赛车设计报告

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更新时间:2020/5/1(发布于江苏)

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文本描述
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#传动系统
变速箱为钱江BJ465MS-A发动机原车6挡序列式变速箱,采用链传动
发动机限流后最大功率P出现在8000转。设计4档车速
V=100km/h,轮胎受重且小于标准胎压,故取轮胎实际半径r=250mm
nt= ==1061r/min
if i0 解得末级传动比if
圆整取if ,小链轮齿数z1=14,得大链轮齿数
z2=if·z1=3×14=42
赛车使用托森扭力感应自动差速器012000,改装外壳,材料为7075-T6铝,并进行阳极
硬质氧化,增强表面硬度和耐磨性。密封使用自制碳纤维壳体,使用结构胶与外壳粘接。润
滑采用托森推荐的80W-90 GL5润滑油
链轮材料为20CrMnTi,经调
质淬火。进一步镂空以轻量化,
经过多次ANSYS分析,最终结果
如图
优化后链轮质量约为1.3kg,
较之初始减轻15%左右
支板受力主要来之链轮传递
给差速器的压紧力,5000N。左右
支板用拉杆连接加强稳定性。对
左支板进行分析,优化后最大应
力为30.139MPa,在许用值内
优化后质量减轻39%左右
#车架
赛车采用四种不同壁厚的钢管,降低车架质量,并
通过多次理论分析,都达到强度要求,较之去年车架质
量减轻7kg,仅为29kg
静力学仿真:车架静力学仿真采用ANSYS软件,对
于车架载荷的分类,车架自重30kg,处理方式为重力场;
驾驶员体重和发动机总成分别为65kg和80kg,处理方式
为均匀载荷;其它载荷处理方式均为集中载荷。采用Hex
Doment划分网格
优化后
链轮优化前后
支板优化前后
车架静力学分析结果
差速器装配
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转矩的施加与计算:①后悬固定,前悬施加位移约束;②前悬固定,后悬施加位移约束;
③前悬左侧后悬右侧固定,前悬右侧后悬左侧的连线上施加位移约束;④前悬右侧后悬左侧固
定,前悬左侧后悬右侧的连线上施加位移约束
在后悬施加的位移约束,前悬架左右两支撑点处分别在z方向和-z方向施加20mm的位移约
束,计算两个前悬支撑点(节点号113和120)的支反力,计算车架的扭转刚度。计算公式如
下:;
解得:节点113的z向支反力为=20608N,节点120的z向支反力为=41340N。其扭转刚度
为K=T/=1885.39N·m/deg
同理算出其他三种状态下的
扭转刚度分别为:1721.927.21
N·m/deg、2197.864N·m/deg、
2152.736N·m/deg
#悬架系统
赛车采用不等长双横臂式独立悬架。通过CATIA进行零
部件建模以及装配,同时应用了adams/car 进行悬架的运
动学仿真,优化悬架各个硬点坐标(hardpoint),将车轮
定位参数变化范围优化到最小,使整车具有更好的操纵性
和稳定性
悬架运动学分析:在CATIA中创建模型,在adams/car模
块中输入硬点坐标,利用软件中的模型,不断调整硬点坐
标来改变结构,进行对车轮外倾角、主销后倾角、前轮前
束、轮距等参数的变化做动态分析,如图。分析曲线得车
轮外倾角的变化为2.15,主销后倾角变化为0.2,满足要求
#转向系统
转向设计以轻便可靠兼顾灵敏性为目标。以阿克曼原
理为理论基础设计转向梯形,通过Matlab进行优化,使车
辆实现最顺畅的转弯。右图是优化的结果对比。由图可见
在外轮转角小于28°的情况下,实际与理论的转角关系还
是相当接近的。而我们设计的最大外轮转角是26.26°
转向器采用齿轮齿条式转向器。对转向器分析优化得
到齿条有效行程s=33.18mm,确定其传动比为4.52∶1。计
算得出齿轮齿条模数m=2,齿数z=16,螺旋角β=0°等参数
车轮外倾角变化曲线
主销后倾角变化系数
约束点等数据图
车轮理想与实际内外轮转角关系
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#制动系统
赛车设计采用前后盘式制动,制动主缸采用串列双腔制动主缸,卡钳为黄龙600原装对
置双活塞后卡钳。根据人机工程的协调配合,设计油门、离合和制动三踏板一起固定,踏板
组整体可前后调节,从而满足不同车手
#车身系统
车身外形方面,在保留上一代赛车设计风格的同时使车
身更加的修长,给车手提供了更充足的空间,以适应不同身
高体型的车手
空气动力学方面,赛车新增了底部扩散器,显著提升了
赛车行驶过程中的下压力和轮胎的抓地力,使赛车拥有更高
的过弯时速,并提高赛车的弯道表现力。同时,提高赛车前
仓,使更多的气流通过底部扩散器,进一步提升扩散器性能
车身两边侧箱上装有导流板,可以将气流在碰撞后轮之前分
离,以减小后轮的阻力
优化分析,使用ANSYSFLUENT对扩散器和整个
车身进行外流场的分析,计算其风阻系数和负升力系
数,通过改变车身的外形、扩散器通道的宽度和仰角、
侧箱导流板的面积和仰角来减小整车的风阻系数和提
升负升力系数
车身制作方面,通过大量的实验,使用碳纤维作
为车身制作的主体材料,因为碳纤维具有比重小、强
度高、耐磨耐候等优点,且碳纤维适合手工制作,易
成型,方便快捷
车壳模型
扩散器及整车外流场分析
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(车队自选页)
赛车部分零部件分析项目汇总表
编号 名称 分析软件 分析类型
01 车架 Ansys
模态分析,车架频率;静力学分析,各工况下车架
变形和应力;车架扭转刚度支反力的计算,车架所
受支反力的大小
02 车身 ANSYSFLUENT 流体分析,车身空气阻力、下压力
03 底部扩散器 ANSYSFLUENT 流体分析,扩散器负升力系数
04 发动机进气腔 ANSYSFLUENT 内流场分析,进气腔阻力、各气缸气体流量
05 前轮芯 Ansys 应力分析和应变分析
06 后轮芯 Ansys 应力分析和应变分析
07 立柱 Ansys 应力分析和应变分析
08 半轴 Ansys 应力分析和应变分析
09 球笼轴头 Ansys 应力分析和应变分析
10 差速器支板 Ansys 应力分析和应变分析
11 链轮 Ansys 应力分析和应变分析
12 链轮法兰 Ansys 应力分析和应变分析
13 转向梯形机构 MATLAB 前置安装距离e、梯形臂长l、梯形底角θ
14 转向齿条 MATLAB 有效行程s
15 转向器外壳 Ansys 应力分析和应变分析
16 方向盘 Ansys 应力分析和应变分析
17 前轴 Ansys 应力分析和应变分析
18 制动盘 Ansys 应力分析和应变分析
19 悬架摆臂接头 Ansys 应力分析和应变分析
20 悬架吊耳 Ansys 应力分析和应变分析。