大學生賽車傳動系設計-賽車鏈傳動設計【含6張cad圖紙+文檔全套資料】
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開題報告
學 生 姓 名:
學 號:
學 院:
專 業(yè):
設計題目:
賽車傳動系設計
指導教師:
開 題 報 告
1. 選題依據:
1.研究的目的及意義
FSC是一級方程式汽車比賽汽車工程由大學或汽車相關專業(yè)學生組成的團隊參加汽車比賽的設計和制造[1]。中國大學生方程式汽車大賽(簡稱FSC大賽)也是由中國汽車工程協會主辦,有著“力爭上游,擎動未來”的巨大夢想,堅持“穩(wěn)中求勝”的設計理念,立足于中國汽車工程教育發(fā)展和汽車產業(yè)的現實根基,吸收和借鑒國際大學生方程式汽車大賽(簡稱FSAE大賽) 賽事的成功經驗,為國內優(yōu)秀汽車行業(yè)人才的培養(yǎng)和選拔建立公共平臺。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準,由一年的時間內,自行設計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面均具有優(yōu)異表現的小型單人座休閑賽車,同時,設計的賽車要成功完成各部分賽事,所以要求所設計的賽車必須滿足耐久性、經濟性和動力性[2]。發(fā)動機系統、懸架系統、傳動系統、轉向系統、車架、車身、制動系統以及安全系統等構成了FSC賽車。因此,為了獲得良好的加速性、制動性、耐久性和經濟性,傳動系統的設計尤為重要[3]。
汽車傳動系參數的優(yōu)化設計是在質量的軸荷分配、汽車總質量、空阻及滾阻等量已確定的情況下,較為合理的設計和選擇傳動系參數,可以很大程度提高匹配后汽車的動力性、燃油經濟性和排放特性[4]。以往傳動系統參數設計依靠大量的實驗和反復測試完成,耗時長,高花費,計算機的廣泛使用和新的計算方法的出現, 使得以計算機模擬計算為基礎的傳動系設計可在方程式賽車的設計階段就較準確地預測賽車的動力性、經濟性和排放特性,經濟且迅速。
目前,我國圍繞汽車傳動系統的設計和優(yōu)化,主要在以下幾個方面展開工作:①汽車傳動系統參數優(yōu)化設計評價指標的研究;②汽車傳動系各部分數學模型的研究,特別是傳動系各部分在非工況下模型的研究;③按給定工況模式的模擬研究;④按實際路況隨機模擬的研究;⑤傳動系參數優(yōu)化模型的研究;⑥模擬程序的開發(fā)與研究[5]。
2.傳動系統的簡介
傳動系統以 Carl Benz 研制的第一輛汽車為誕生標志。發(fā)展到今天,自驅動汽車已基本成為現代汽車的代名詞隨著自驅動汽車的發(fā)展,其傳動系統也相應經歷了幾代的更新與完善,傳動介質豐富化、傳動功能集成化、傳動裝置自由度的增長化趨勢越來越明顯,同時隨著傳動系統種類和形式的擴大及結構的復雜,不同傳動系統之間的關聯性越來越難了解。發(fā)現了傳動系統會向無級、復合傳動、多功率流及多自由度方向演變發(fā)展[6]。
汽車的傳動系統是汽車實現機械轉換和傳遞的重要部件系統,因為傳動系統,才使發(fā)動機的輸出動力能夠穩(wěn)定地傳送給車輪,并驅動車輪轉動,實現汽車在任何條件下都能正常行駛,且努力提高汽車的動力性和經濟性[7]。對于提高汽車動力性、燃油經濟性主要是因為汽車動力傳動系形式與參數的合理選擇。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經常在經濟工作區(qū)域內工作。其中傳動系統包括:(1)變速器 ①改變傳動比,滿足不同行駛狀況下對牽引力的需要,使發(fā)動機盡可能工作在有利的工況下,滿足可能的行駛速度; ②實現倒車行駛,用來滿足汽車倒退行駛的需要;③中斷動力傳遞,在發(fā)動機起動,怠速運轉,汽車換檔或需要停車進行動力輸出時,中斷向驅動輪的動力傳遞。(2)離合器 安裝于發(fā)動機與變速器之間,用于短暫地分離兩者或平順地結合以傳遞發(fā)動機的動力。(3)萬向傳動裝置 在汽車傳動系及其它系統中,為了實現一些軸線相交或相對位置經常變化的轉軸之間的動力傳遞,必須采用萬向傳動裝置。萬向節(jié)和傳動軸組成了萬向傳動裝置,有時還要有中間支承。其連接變速器與驅動橋、連接離合器與驅動橋或變速器與分動器、連接斷開式驅動橋或轉向驅動橋和連接轉向操縱機構。(4)驅動橋 其主要由主減速器、差速器、半軸和驅動橋殼等組成。其功能是將變速器輸出的轉矩一次經過主減速器、差速器、半軸等傳到驅動輪;通過主減速器齒輪副實現減速增距,并在需要時改變動力傳遞方向;通過差速器來實現左、右驅動輪以不同的轉速旋轉即差速作用[8] [9]。
此外,由于發(fā)動機、離合器和變速器固定在車架上,而驅動橋和驅動輪一般是通過彈性懸架與車架聯系的,因此在汽車行駛過程中,變速器與驅動輪之間有相對運動。在這樣的情況下,兩者之間不能用簡單的通過整體傳動軸傳動,應該采用萬向傳動裝置。汽車傳動系統的組成及其在汽車上的布置形式,取決于發(fā)動機的形式和性能、汽車總體結構形式、汽車行駛系統及傳動系統本身的結構形式等許多因素。方程式賽車一般采用發(fā)動機中置后輪驅動的MR方案。該方案布置有利于實現前、后軸的軸荷分配。MR方案中發(fā)動機發(fā)出的動力經過離合器、變速器、由萬向節(jié)和傳動軸組成的萬向傳動裝置以及安裝在驅動橋的主減速器、差速器和半軸,最后傳到驅動車輪[10]。
3.方程式賽車傳動系統國內外研究狀況
3.1國外研究現狀
FSAE比賽開始在1980年初在美國舉辦的第一次比賽,國外目前已經是為汽車工程學會的學生成員舉辦的一項國際賽事[11]。當時報名的學校只有6個,但只有4支參賽隊伍,如今美國每年有200支隊伍參加比賽,比賽的人數將近2萬人次[12]。20世紀60、70年代初期就開始對汽車動力性、燃油經濟性的計算機模擬程序的研究。這些程序在樣車制造前就能準確地對汽車動力性燃料經濟性進行預測,并可根據幾種傳動系速比的變化引起整車性能變化,找到此變化的關系及能與所選發(fā)動機合理匹配的傳動系。歐美等發(fā)達國家對大學生方程式FSAE比賽都非常關注,每個學校都會組建自己FSAE賽車隊,參加各自區(qū)域的系列賽車,并且重新設計自己的賽車,使制造的賽車性能更加突出。日本的方程式FSAE比賽發(fā)展很快,已經成為亞洲地區(qū)舉FSAE賽事的先鋒隊。其在加速性能上,日本所設計的賽車變速器能在規(guī)格指標和目標時間準確算出必要的功率[13]。伊朗、印度以及泰國等十幾家外國車隊都參加過日本舉辦的FSAE比賽。FSAE比賽早已進入平穩(wěn)發(fā)展階段由此可見,國外的傳動系統的技術已經進入成熟階段[14]。
3.2國內研究現狀
隨著大學生方程式汽車大賽影響力的逐漸擴大,中國各大專院校也開始逐漸關注并
參與這一賽事。2010 年10 月,首屆中國大學生方程式汽車大賽(FSC)在上海舉行,
吸引了國內 20 支大學車隊參與了這次比賽,大賽取得圓滿成功。此后的幾年時間里,
大賽規(guī)模不斷擴大,賽事影響力不斷加深[15]。①華南理工大學的FSC賽車氣動傳動系統
實現了半自動換檔,司機可以更方便,在更短的時間內完成換檔操作,從而提高比賽結
果。 根據預設程序驅動換檔氣缸和離合器氣缸,壓縮二氧化碳在電子控制單元的操縱
下完成整個傳動過程[16]。②天津大學采用春風CF188 發(fā)動機總成變速器有V 型齒形皮
帶自動無級變速器和帶換檔凸輪的有級變速器,采用手操作杠桿式變檔。離合器型式為
濕式蹄塊自動離心式。傳動系統初始方案為:發(fā)動機總成-傳動軸-主減速器-差速器-左
右半軸-左右驅動輪[17]。③大學方程式4.0號賽車采用鈴木GSXR-600四缸發(fā)動機和
托森差速器。該賽車在調節(jié)方式上采用偏心輪調節(jié),在去年的基礎上球籠(等速萬向節(jié))
短軸一體,而且尺寸改小,在受力強度要求符合的情況下的改進。其他部分是材料的變
化。④太原理工大學方程式賽車采用本田CBR600發(fā)動機,還采用了托森差速器,其更
換了差速器外殼,其他是材料和工藝上的設計。
參考文獻
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開 題 報 告
2.研究方案:
1.研究及解決的問題:
(1) 傳動比與動力性計算;
(2) 鏈傳動的計算;
(3) 各零件的設計、建模、應力分析;
(4) 工程圖的繪制;
2.設計方案概述:
(1)在動力性計算時,可以根據公式進行計算賽車的動力性參數,部分參數需要近似計算,然后參考數據進行傳動系的設計。當然最優(yōu)的方法是采用臺架實驗等測出相關參數,然后采用數據擬合軟件,較為精確得到各參數的數值與變化情況。由于設備和知識水平的限制,本文采用公式計算賽車的動力性。但是經過分析,數據具有有效的參考價值。
(2)結構設計原則主要為輕量化。采用三維軟件輔助設計,根據已有的零件、車架及裝配關系來設計其他零件,對零件進行嚴格的三維建模并裝配,以設計其余零件并檢查干涉情況與限位情況。對零件的應力分析,有經驗公式計算和軟件分析等方法,本文采用軟件分析法,以得到零件更準確的受力。
(3)另外,加工零件必須還有材料、公差配合、技術要求等。本文借助機械設計手冊對加工件進行了公差設計,并繪制工程圖紙,根據工程圖紙可加工出各零件。
3.設計工作進度:
① 2月13日-3月16日 調研、文獻檢索、制定方案、撰寫開題報告。
② 3月 7日-5月20日 制作大學“夢想4.0”大學生方程式賽車、撰寫設計說明書。
③ 5月21日-6月10日 準備和進行設計設計答辯。
開 題 報 告
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