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中國(guó)巴哈大賽賽車底盤(pán)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
1.選題背景
中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)巴哈大賽Baja SAE China ( 簡(jiǎn)稱BSC大賽)是由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)(SAE China,簡(jiǎn)稱中汽協(xié)會(huì))主辦,在各院校間開(kāi)展的小型越野賽車設(shè)計(jì)和制作競(jìng)賽。此項(xiàng)賽事起源于美國(guó),是大學(xué)生方程式賽車的前身,適合各職業(yè)院校和本科低年級(jí)學(xué)生參與。競(jìng)賽包括多種靜態(tài)與動(dòng)態(tài)項(xiàng)目測(cè)試,靜態(tài)項(xiàng)目包括技術(shù)檢查,賽車設(shè)計(jì),成本與制造,商業(yè)營(yíng)銷等。動(dòng)態(tài)項(xiàng)目包括牽引力,繞樁,直線加速,操控性,耐力比賽等。2015年8月26日中國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)在山東省濰坊市成功舉辦了第一屆巴哈大賽,成為世界上第六個(gè)舉辦巴哈比賽
2、的國(guó)家。
選題意義
中國(guó)的巴哈大賽起步較晚,仍處在一個(gè)起步階段,國(guó)內(nèi)參加參加比賽的多是職業(yè)院校,本科院校涉及較少,相關(guān)資料也比較匱乏。因此,本次我們團(tuán)隊(duì)的選題研究對(duì)本校的巴哈賽車的研究開(kāi)發(fā)有一定的現(xiàn)實(shí),可為日后參加巴哈大賽奠定一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)激發(fā)同學(xué)們對(duì)于汽車運(yùn)動(dòng)的愛(ài)好和學(xué)習(xí)興趣,深入掌握汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制造,裝配,調(diào)教維修,市場(chǎng)營(yíng)銷等多方面的專業(yè)知識(shí)和技能,提高我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過(guò)這樣與現(xiàn)實(shí)緊密貼合的選題研究,為我們以后進(jìn)入汽車相關(guān)領(lǐng)域,積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
巴哈大賽在國(guó)外起源較早,1976年就已開(kāi)始舉辦,技術(shù)積累相對(duì)深厚。在基礎(chǔ)參數(shù)選擇方面有了大量的
3、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),包括但不限于軸距的合理選擇,車重的合理估計(jì),輪輞輪胎選擇,AISI 4130管件的加工工藝相對(duì)成熟。車輛各系同的輕量化改進(jìn)。綜合近幾年國(guó)外參賽隊(duì)伍的設(shè)計(jì)情況來(lái)看,軸距在60到64英寸(152.4到160公分),離地間隙選取為12到16英寸(30到40公分),整備質(zhì)量在350到400磅(158.9到181.6千克),輪胎多選用22到25英寸的大尺寸越野輪胎。
長(zhǎng)期的參賽經(jīng)歷,足夠的資金投入,在CVT變速箱的改裝方面,國(guó)外院校各有千秋。廣泛采用四速CVT,最大車速在35英里/小時(shí),通過(guò)測(cè)功機(jī)標(biāo)定最大扭矩和相應(yīng)轉(zhuǎn)速。通過(guò)有限元分析對(duì)CVT變速箱進(jìn)行輕量化改進(jìn)。
車架設(shè)計(jì)方面,都選擇桁架
4、式車架,結(jié)合各自的設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力分析,意圖做到最大程度輕量化,并兼顧穩(wěn)定性和耐用性。而且在車架頂梁結(jié)合處的彎曲度加工技術(shù)成熟。懸架系統(tǒng)由于賽事限制均采用雙A臂獨(dú)立懸架和彈簧阻尼系統(tǒng)。同樣進(jìn)行有限元分析,輕量化改進(jìn),以減輕簧下質(zhì)量,提高穩(wěn)定性,并簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機(jī)械轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu),主要在于方向機(jī)的優(yōu)化,相關(guān)機(jī)械零件的靜平衡,動(dòng)平衡計(jì)算。
而國(guó)內(nèi)的巴哈大賽起步較晚,各參賽隊(duì)伍水平參差不齊。主要是高職院校和大學(xué)低年級(jí)同學(xué)參加,主要設(shè)計(jì)工作依靠外包。但是基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置,變速器的改進(jìn),制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化布置。在車身車架設(shè)計(jì)方面目前主要致力于其穩(wěn)定性,安全性,加強(qiáng)筋較多,輕量化改進(jìn)不足,車重過(guò)大
5、。動(dòng)力匹配方面的技術(shù)積累不足,多次出現(xiàn)參賽車輛動(dòng)態(tài)測(cè)試中因故障無(wú)法完成比賽。賽事規(guī)則放開(kāi)后,也有企業(yè)車隊(duì)參與,設(shè)計(jì),加工水平相對(duì)較高,資金投入也大。
3. 設(shè)計(jì)初步構(gòu)想
由于是初次涉及巴哈賽車,因此這次的車輛底盤(pán)設(shè)計(jì)主要是依據(jù)2017年最新的賽事規(guī)則。首先使車輛符合賽車規(guī)則,通過(guò)靜態(tài)測(cè)試。因此車架的設(shè)計(jì)依據(jù)巴哈大賽2017年最新規(guī)則中給出的車架(如圖一所示)為基礎(chǔ),進(jìn)行改進(jìn)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。主要是加強(qiáng)筋的增加以及進(jìn)行一定的輕量化設(shè)計(jì)。
圖一
難點(diǎn)部分是后部防滾環(huán)的加工制作
RRH是位于駕駛員后部,有平面彎管結(jié)構(gòu)組成的防滾環(huán),定義為座艙的后端面。駕駛員和座椅應(yīng)完全位
6、于RRH前端。理論上RRH應(yīng)該是垂直的。但是根據(jù)設(shè)計(jì)和車輛布置的需要,可以與垂直面最多成20度夾角。在內(nèi)部座椅底部上方688mm點(diǎn)處測(cè)得的RRH最低寬度至少為736mm。RRH的垂直部分可以是平直的或彎曲的,其兩端與頂部和底部水平面LC相交點(diǎn)進(jìn)行連接,垂直構(gòu)件和LC構(gòu)件都是連續(xù)鋼管,不得有其他連接方式。
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是CVT變速箱的匹配和機(jī)箱的制作。一般采用4速CVT變速箱。傳動(dòng)效率為88%。那么接下來(lái)的就是傳動(dòng)比的確定以及在賽事條件下最大車速的估算。賽事要求發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速為3800RPM,我們就要確定在0到3800轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)的車速扭矩,進(jìn)行CVT的擋位標(biāo)定,使得賽車盡量保持最大車速通
7、過(guò)越野路段。
然后是固定裝置,機(jī)箱,集油盤(pán)的制作,尤其是機(jī)箱和集油盤(pán)要按照賽車規(guī)則進(jìn)行制造。初步設(shè)想如下圖
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機(jī)械轉(zhuǎn)向,選擇三幅式方向盤(pán)。關(guān)鍵元件為轉(zhuǎn)向機(jī),剩下的機(jī)械機(jī)構(gòu)的布置。可借用行知車隊(duì)的轉(zhuǎn)向機(jī),根據(jù)初步估計(jì)的轉(zhuǎn)向最大角度45度(最小轉(zhuǎn)彎半徑21m),轉(zhuǎn)向極端位置有限位裝置。進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布置,進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),由于不使用差速器,因此要通過(guò)幾何結(jié)構(gòu)和車速控制,使車輛在幾何轉(zhuǎn)向過(guò)程中接近阿克曼幾何。
選型輪胎為行知車隊(duì)18in輪胎,高寬比約為三比一,據(jù)此進(jìn)行懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。依據(jù)賽事規(guī)則進(jìn)行雙A臂獨(dú)立懸架的制作,確定叉臂角度和長(zhǎng)度,反復(fù)核算安裝空間,避免反
8、復(fù)加工。根據(jù)離地間隙,布置空間初選彈簧—減震器,根據(jù)壓縮回彈行程,選擇合適的阻尼特性。壓縮行程迅速干脆,回彈行程輕緩柔和。根據(jù)主銷傾角和側(cè)偏特性調(diào)整懸掛角度。
制動(dòng)系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的液壓雙管路制動(dòng)。依據(jù)賽事規(guī)則,制動(dòng)必須在一個(gè)制動(dòng)動(dòng)作下同時(shí)制動(dòng)四個(gè)車輪,且制動(dòng)管路的布置應(yīng)布置與車架上部,防止在糟糕路況中的沖擊,防止制動(dòng)失效。對(duì)管路進(jìn)行多次檢查,防止管路滲漏。兩個(gè)前輪采用活塞卡鉗輪制動(dòng),后輪由于剛性軸連接,采用單個(gè)活塞卡鉗軸制動(dòng)。對(duì)于賽車規(guī)則中要求的制動(dòng)燈,可通過(guò)在剎車踏板上加裝霍爾元件連接紅色制動(dòng)燈。
轉(zhuǎn)向,傳動(dòng),制動(dòng),懸架系統(tǒng)確定之后,即進(jìn)行輪心立柱的制作,反復(fù)驗(yàn)證,多次模擬,防止多次加工材
9、料浪費(fèi).
4. 主要參數(shù)
軸距
1500mm
輪距
1300mm
離地間隙
35mm
輪輞/輪胎
10in/18in
最大轉(zhuǎn)向角
45度
整備質(zhì)量
180kg
前后配重比
1:1
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專心---專注---專業(yè)