中國巴哈大賽賽車總體設計開題報告

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文 獻 綜 述1.1 BSC 賽事背景及意義Baja 是西班牙文，意思是越野。早在大學生參與 Baja 之前，這項賽事在美洲大陸已經(jīng)非常流行，而且通常是一次比賽跑 1000 英里（約 1600 公里）。美國 SAE 看到這個項目可以用于學習機械工程學生的教育活動，于是在 1976 年，首次在南加州舉辦了一次 MINI Baja 比賽，賽車和動力比 Baja 車要小很多，造價 5 萬元人民幣左右，發(fā)動機還是統(tǒng)一提供的。當時報名車隊僅有 10 支，參與學生 90 人。不過，這項運動很快在全美學汽車的院校中普及，目前，美國 SAE 每年分別要在東部、中部和西部舉辦三站比賽，每站參賽車隊是滿額 100 支，參賽車隊來自全球。 就在去年 8 月，Baja 大賽來到了中國。這項比賽由中國汽車工程學會發(fā)起，山東濰坊濱海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)聯(lián)合主辦，山東榮和國際賽車場與《汽車之友》雜志社聯(lián)合承辦，賽事全稱為“2015 中國汽車工程學會巴哈大賽”（Baja SAE China，簡稱BSC）。首屆比賽共有 33 支車隊報名，其中不乏哈爾濱工業(yè)大學（威海）、廈門理工大學這樣具有大學生方程式比賽經(jīng)驗的車隊參加。巴哈大賽是集技術性、趣味性于一身的賽事，是大學生方程式汽車大賽的前身，適合職業(yè)院校和大學低年級學生參與。比賽要求國內各院校參賽學生團隊在規(guī)定時間內，使用同一型號發(fā)動機，依據(jù)規(guī)則設計制造一輛單座、發(fā)動機中置、后驅的小型越野車。學生們通過比賽，可以進一步掌握汽車結構設計、制造、裝配、調校維護、市場營銷等多方面的專業(yè)知識技能，提高團隊合作能力。 巴哈賽車構造看似簡單，但是賽事具有極為嚴苛的靜態(tài)車檢環(huán)節(jié)。車檢要求賽車寬度不得超過 162 厘米，防滾架的構造必須嚴格按照賽事要求設計，否則一律淘汰。此外，鋼管焊接工藝也有嚴格要求，焊縫以及套筒的長度都必須按照規(guī)定設計。駕駛艙與發(fā)動機和油箱之間需要安裝防火墻，該防火墻必須覆蓋防滾架下部和上部橫梁區(qū)域。嚴苛的靜態(tài)車檢其目的就是為在動態(tài)比賽中最大程度保障參賽人員的安全。雖然很多開 題 報 告車輛在車檢中暴露出了一些問題，但是車隊經(jīng)過對賽車精心地改造，在動態(tài)比賽前夕，大部分參賽車輛通過了車輛檢測，只有極少數(shù)車輛被淘汰。1.2 BSC 賽事規(guī)則各參賽車隊：為了更有效的做好巴哈大賽組織管理工作，在緊跟國際 Baja SAE 潮流的同時融入本土特色，巴哈大賽規(guī)則委員會結合 2016 巴哈大賽出現(xiàn)的問題修訂了大賽規(guī)程，現(xiàn)正式發(fā)布。本規(guī)則共分五部分。A 部分介紹了管理規(guī)定，內容包括大賽概況、政策、參賽資格和注冊；B 部分介紹了技術要求，內容涉及賽車的設計和制造的要求以及限制；C 部分介紹了靜態(tài)賽事規(guī)則，內容涉及賽車的技術檢查、賽車設計、成本與制造分析項目以及商業(yè)營銷簡介等；D 部分介紹了動態(tài)賽事規(guī)則，包括直線加速測試、爬坡或者牽引測試、專項測試、耐力賽測試及競賽流程和規(guī)則等。此版本規(guī)則由中國汽車工程學會發(fā)布和版權擁有，只限于 2017 年巴哈賽事定義的活動范圍內使用，規(guī)則的解釋和修改權由巴哈大賽規(guī)則委員會負責。大賽規(guī)則將根據(jù)賽事活動的開展，不斷完善。請各參賽隊真閱讀本大賽規(guī)則，并確認完全理解、同意遵守本活動規(guī)則。中國汽車工程學會巴哈大賽組委會二〇一七年二月六日1.3 BSC 賽車制造標準要求賽事對賽車各系統(tǒng)的材料，結構等都做出了詳細的規(guī)定。但是除了對賽車的安全性有大量詳細的要求以外，比賽規(guī)則整體上比較開放。目的就是為了在充分 保證參賽人員人身安全的前提下，盡可能的為參賽學生營造一個自由的比賽環(huán)境， 來鼓勵學生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，使更多的原創(chuàng)設計和多種形式的賽車出現(xiàn)在賽場上。根據(jù)每年比賽所遇到的問題和其他各方面因素的變化和發(fā)展，BSC 賽事規(guī)則委員會每年都會對比賽規(guī)則進行修訂，使比賽規(guī)則更加合理系統(tǒng)。比賽規(guī)則主要分為兩部分，賽車技術要求和比賽條例。賽車技術要求的總結和歸納如下：[1]賽車的車輪不能在一條直線上[2]使用百力通 M20發(fā)動機[3]發(fā)動機不得對進氣以及排氣管進行去材料的調整[4]不得該表或者修改凸輪軸、曲軸、連桿和飛輪[5]制動燈應通過液壓開關激活，每臺賽車至少有兩個液壓開關[6]制動系統(tǒng)必須能夠制動全部四個輪[7]賽車必須配有兩個易于操作的切斷開關，以便關閉發(fā)動機1.4BSC 賽車分值表巴哈大賽（BSC）分值表賽車設計項目 150爬坡或牽引 75操控性賽事 75耐力賽事 400總分 700參考文獻：[1]張文春·汽車理論·機械工業(yè)出版社，2007.11，22-4[2]王望予·汽車設計（第四版）·機械工業(yè)出版社，2009.1，1-50[3]余志生·汽車理論·第五版·北京：機械工業(yè)出版社[M],2009-03[4]張宏慶·孟巖,陳剛等.中國汽車工程學會巴哈大賽規(guī)則[M]，2017[5]李栓成·雙橫臂扭桿懸架受力分析及剛度計算·軍事交通學院學報，2010,[6]尹偉奇·BSC 賽車懸架設計·清華大學汽車工程系·清華大學物理系[7]鄭中明·基于 ADAMS/CAR 的雙橫臂獨立前懸架建模與仿真.2009.[8]王霄鋒·汽車底盤設計[M]·北京：清華大學出版社·2010-04-01[9]李俊玲·汽車工程專業(yè)英語·機械工程出版社.2005.9[10]趙治·基于 ADAMS 的雙橫臂獨立懸架機構的運動學仿真研究·遼寧工業(yè)大學學報,2009[11]賀 紹 華 ·賽 車 輕 量 化 系 統(tǒng) 方 法 與 車 架 優(yōu) 化 ·廣 東 ： 廣 東 工 業(yè) 大 學 ， 2013. [12]趙 巖 ·節(jié) 能 競 技 車 的 研 發(fā) 與 技 術 研 究 ·陜 西 ： 長 安 大 學 ， 2009. [13]本 田 技 研 工 業(yè) （ 中 國 ） ·2015屆 Honda 中 國 節(jié) 能 競 技 大 賽 規(guī) 則 （ 燃 油 組 ） [M].上 海 ： 本 田 技 研 工 業(yè) （ 中 國 ） ， 2013： 3-1[14] Thomas D.Gillespie（美）·車輛動力學基礎·北京：清華大學出版社[M]，2006-12 [15]The Steering Bible· “Steering System Designs, Suspension System Designs,” http://www.carbibles.com/steering_bible.html, 2013 [16] Milliken, W.F. and Milliken, D.L· Chassis Design Principles and Analysis, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2002.[17] SAE International· “SAE Collegiate Design Series: 2014 Baja SAE Series Rules,” 2014開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1.研究解決的問題本設計完成一輛單座、發(fā)動機后置、后驅的小型越野車。本課題要求根據(jù) 2017 年中國汽車工程學會巴哈大賽規(guī)則和賽車制造標準要求，對賽車進行總體設計及優(yōu)化并協(xié)同制作巴哈賽車?？傮w設計目標是制造一輛安全可靠、各方面性能均衡、有良好駕駛特性、調整方便并且足夠快的賽車?？煽啃钥梢源_保測試階段的順利進行，同時可以保證完成在競賽中的所有比賽項目?？烧{整的特性可以讓賽車適應不同的駕駛環(huán)境和駕駛員。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會讓車手更有信心，這能有效提高所有動態(tài)項目中最快圈數(shù)，這對經(jīng)驗不足的新手特別重要。賽車能夠讓車手在任何行駛的狀態(tài)下有清晰的路感，這可以使駕駛變得容易高效。2.預期目標對各個汽車參數(shù)進行計算和整理。用 catia 三維軟件設計并繪制各零部件，并將其裝配成整車三維圖。根據(jù)三維圖加工各個零部件，最后制作一輛符合規(guī)則的巴哈賽車。3.研究方案為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于 BSC 的資料很少的。因此，在設計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了往屆 BSC 的一些數(shù)據(jù)資料對我的設計工作起了很大的幫助。在這些文獻綜述中，詳細的介紹了賽車的一般設計思路，如外形的設計，具體結構等等，都對我即將所作的設計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設計賽車的結構，在軸、齒輪等重要元件的設計過程中保證其結構的準確性，又對機械設計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復習，但還是有很多關鍵技術是專利項目，不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。一輛巴哈賽車的基本構成包括：車架，懸架，輪轂立柱，剎車系統(tǒng)，轉向系統(tǒng)，座椅、安全帶等安全裝備，發(fā)動機（統(tǒng)一提供），傳動系統(tǒng)賽車底盤設計完全是圍繞大賽組委會體出的參賽標準，并受賽車車身車架結構、懸架系統(tǒng)、以及制動系統(tǒng)等相關結構制約下而設計。除此以外加工能力、生產(chǎn)成本也是必須要考慮的必要因素。本文主要研究以下幾方面的問題：（一）賽車的車身車架結構設計車架是賽車的重要零部件，車架需要承載發(fā)動機以及附屬件和駕駛員的重量，還需要承載轉向力、側移力和慣性力等。因此它需要足夠的強度，并完善發(fā)動機、傳動系、驅動系和轉向系各系統(tǒng)的布局，確保在各種工況下賽車駕駛員的安全。為了實現(xiàn)以上目標，賽車車架應根據(jù)大賽賽車結構規(guī)則、汽車人機工程學和賽車總布置的要求進行設計。對賽車車架尺寸要求如下：全高 ≤ 1.8m；軸距≥ 1.0m；全長 ≤3.5m；輪距d≥0.5m；全寬 e≤1.7m；排氣管不能超出車身后面≥10cm。（二）發(fā)動機和傳動1）發(fā)動機是統(tǒng)一提供，使用美國百力通公司（Briggs & Stratto） M20 汽油發(fā)動機，四沖程，風冷，最大功率約為 10 馬力。2）傳動系統(tǒng)有著很寬泛的選擇，可以選擇軸傳動，鏈條傳動和皮帶傳動等，而變速箱既可以是 CVT 也可以是齒輪，即可以采購也可以自己制作。（三）轉向系 轉向將用最原始的齒輪齒條設計，采用斷開式梯形設計，轉向柱用單萬向節(jié)結構；基于回正性和輕便性設計注銷定位參數(shù)，基于前輪側滑機理匹配設計輪胎外傾角和前束角；轉向這部分的難點在于轉向機的設計、轉向梯度、轉向和懸架的幾何結構配合，是車輛在轉向幾何中接近阿克曼幾何。（四）制動系制動系統(tǒng)設計內容：.盤式制動器總成、制動主缸總成、.制動管路、制動踏板總成、.制動燈總成；在這個過程中主要是計算踏板力設計踏板和計算所需要的摩擦力設計剎車盤和對制動主缸、卡鉗進行選型，通過計算分析算出制動力分配的大小，對制動散熱性進行分析。（五）巴哈賽車的成本樣圖（初期設想）開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日