本田節(jié)能競技賽車轉(zhuǎn)向及傳動系統(tǒng)設計【含CAD圖紙、說明書】

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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目：本田節(jié)能競技賽車傳動及轉(zhuǎn)向系設計學 院 ： 機 械 工 程 學 院 專 業(yè) 、班 級： 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目及研究領域； 2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 7 一、選題依據(jù)1、研究領域 車輛工程-競技車傳動及轉(zhuǎn)向設計 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 節(jié)能競技賽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似,由發(fā)動機、底盤和車身三大部分組成。發(fā)動機的改造無疑是各賽車隊攻關的重點,也是節(jié)能減排技術發(fā)展的主導性方向底盤的設計關鍵在于減小摩擦損失和提高機械傳動的效率車身設計的重點在于外形美觀、輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。 本田節(jié)能競技大賽適時迎合了時代提高社會節(jié)能和環(huán)保意識的要求,激發(fā)各參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術不斷挖掘一升汽油的無限潛能,使其從中體會到節(jié)能重要性的同時,提高參賽者的思考和實踐能力,更為將來汽車節(jié)能方面的實際應用帶來了無限新的可能。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 動力傳動系統(tǒng)即發(fā)動機一變速器一驅(qū)動橋一驅(qū)動輪系統(tǒng),它是汽車重要組成部分。選擇動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的方法有兩種：一種是整車主要參數(shù)和傳動系參數(shù)含輪胎確定后,選擇合適的發(fā)動機；另一種是整車參數(shù)和發(fā)動機確定后,選擇合適的傳動系。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想工作區(qū)附近工作。這樣不僅可以減少燃油消耗,減輕發(fā)動機磨損,提高發(fā)動機的使用壽命,而且可以取得良好的排放效果。 在實際設計中,要想通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)使所有車輪在每一個轉(zhuǎn)向角度都能繞同一個瞬心轉(zhuǎn)動是無法實現(xiàn)的。通常的做法是依靠經(jīng)驗公式來設計。在研究中,則采用優(yōu)化算法,建立目標函數(shù),求解出最優(yōu)值。眾多的優(yōu)化研究方法都認為,對于特定轉(zhuǎn)向機構(gòu),可以將整個系統(tǒng)拆分成幾個小系統(tǒng)來考慮,即每一個轉(zhuǎn)向橋均可由一個轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證左右轉(zhuǎn)向輪按轉(zhuǎn)向規(guī)律偏轉(zhuǎn),而兩前橋之間的運動協(xié)調(diào)關系則需要根據(jù)具體情況設計搖臂機構(gòu)來加以保證,通常研究者認為,梯形機構(gòu)是無須進行優(yōu)化的,左右車輪的關系完全可以由獨立設計的梯形機構(gòu)來實現(xiàn)。主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機構(gòu)。因此大多數(shù)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究將搖臂機構(gòu)作為優(yōu)化設計研究的重點,并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計算軟件。 在未來，節(jié)能競技車的發(fā)展從結(jié)構(gòu)上來說，必然是減小汽車在行駛過程中的自身消耗,通過以下途徑可以來實現(xiàn)：減少行駛阻力,通過改進車身造型、改善車身結(jié)構(gòu)來減少空氣阻力通過改進輪胎結(jié)構(gòu)減少滾動阻力；底盤輕量化,采用新型輕質(zhì)材料,通過可靠性設計技術使整車輕量化,使各總成部件、附件緊湊；提高驅(qū)動效率,采用自動或無級變速系統(tǒng),減少軸承和齒輪的摩擦損失,提高傳動系統(tǒng)的傳動效率。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 完成轉(zhuǎn)向、傳動、剎車系統(tǒng)、離合器的設計與計算。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1） 通過查閱各種資料，了解本設計的意義、研究概況和發(fā)展趨勢； （2） 對轉(zhuǎn)向系、傳動系、剎車系統(tǒng)、離合器進行設計 （3） 運用 CATIA 對傳動系、轉(zhuǎn)向系、剎車系統(tǒng)、離合器的各關鍵部件進行三維設計； （4） 通過改進后的參數(shù)得出結(jié)論； 3.本論文（設計）預期取得的成果 通過對競技車轉(zhuǎn)向及傳動系的學習了解深入，加深對汽車轉(zhuǎn)向及傳動系的優(yōu)化意識，設計出更節(jié)能更安全的競技車。 （1） 完成 10000 字左右的畢業(yè)論文； （2） 完成 3000 字左右的外文文獻翻譯； （3） 使用 CATIA 建模和三維設計； （4） 繪制 3 張 A0 圖紙。 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 車輛必須為 3 輪以上（包括 3 輪），要求其結(jié)構(gòu)無論在停止時還是行駛都為 3 輪 以上（包 括 3 輪）結(jié)構(gòu)且能自行站立，全高 1.8m 以下，軸距 1.0 米以上，全長 3.5 米以下，輪距 0.5 米以上，全寬 1.7 米以下，排氣管副泵超出車身后面及側(cè)面 10cm 以上，剎車配線等結(jié)構(gòu)需要從車內(nèi)穿過，以免與地面接觸造成摩擦。 2. 論文（設計）進度計劃 第 1 周：理解設計任務 第 2 周：查閱相關文獻，英文文獻不少于 5 篇 第 3 周：閱讀文獻，撰寫開題報告 第 4 周：進行開題報告答辯。完成外文資料的翻譯。第 5~6 周：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計 第 7~9 周：驅(qū)動傳動系統(tǒng)設計 第 10 周：離合器設計準備 4 月 10 日-14 日之間的中期檢查，要求有 ppt. 第 14 周：整理設計資料。撰寫設計說明書。 第 15 周：總結(jié)設計準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1]張建雄. 汽車轉(zhuǎn)向系的工作原理及故障分析[J]. 民營科技,2015,11:45-46. [2]馮帆,劉優(yōu). 汽車轉(zhuǎn)向系硬點布置[J]. 科技風,2016,08:175-177. [3] 趙寶平, 劉曉雪, 鄧飛虎. 電子助力轉(zhuǎn)向系及四輪轉(zhuǎn)向系淺析( 一)[J]. 汽車維修與保養(yǎng),2016,08:103-105. [4] 趙國才. 汽車節(jié)能技術路徑分析[J]. 西南師范大學學報(自然科學版),2014,12:117-121. [5]徐青龍,禚寶國,林歡,王偉. 基于 MATLAB 的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向特性分析[J]. 科技信息,2014,04:54-55. [6]莫易敏,田蜜. 微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失建模計算[J]. 機械傳動,2013,02:47-49. [7]殷文芬. 汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化選擇[J]. 時代農(nóng)機,2016,02:32-34. [8]于勝武. 汽車傳動系統(tǒng)構(gòu)造與工作原理分析[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012,23:51-52. [9]王曉林,于士軍. 輕型載貨汽車離合器的設計[J]. 工程塑料應用,2016,03:53-55. [10] 薛殿倫,李笛,鐘鑫,劉愷. 不同車輛載荷的 AMT 車輛起步過程離合器控制[J]. 機械傳動,2013,10:126-128+144. [11] Investigation of Energy Efficient Power Coupling Steering System for Dual Motors Drive High Speed Tracked Vehicle. December 2016,Volume 104,Issue 3,pp372–377. [12]Rabiatuladawiyah Abu Hanifah,Siti Fauziah Toha.Power reduction optimization with swarm based technique in electric power assist steering system.May 2016,Volume 102,Issue 4,pp 444–452. [13]Vivan Govender,Steffen Müller.Modelling and Position Control of an Electric Power Steering System.june 2016,Volume 49, Issue 11, pp312–318. [14]R. Uma Maheswari,R. Umamaheswari.Trends in non-stationary signal processing techniques applied to vibration analysis of wind turbine drive train.15 February 2017,Volume 85,Issue 6,pp296–311. [15]Mohsen Rahimi.Drive train dynamics assessment and speed controller design in variable speed wind turbines.April 2016,Volume 89, Issue 5,pp16–29. 附：文獻綜述 文獻綜述 本田節(jié)能競技大賽是將參賽團隊設計制作的汽車在規(guī)定時間、規(guī)定路線下,行駛一定距離,并由此換算出一升油能夠行駛的公里數(shù),耗油量少則勝出的一項賽事。其中參加比賽的車輛均搭載由本田技研工業(yè)投資有限公司開發(fā)的彎梁車的125cc 化油器低油耗四沖程發(fā)動機，Honda 節(jié)能競技大賽于1981 年在日本創(chuàng)辦,至今已有35 年的歷史。比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的 Honda 低油耗汽油發(fā)動機,發(fā)動機以外的車架和車身等完全由各車隊獨自創(chuàng)作,每支參賽隊帶來的都是世界上獨一無二的賽車。賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程,比賽誰消耗的燃油最少。由于有著極高的樂趣性和廣泛的參與性, 在日本,每年都有來自初中、高中和大學等的學校代表隊、企業(yè)代表隊,以及來自社會上的共約 500 支車隊,創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。在迄今為止的 35 屆比賽中創(chuàng)下的最高記錄為 3435.325 Km / L ,相當于北京到重慶的直線往返距離。同時,這項比賽也逐漸向海外擴展,泰國、巴基斯坦、俄羅斯、韓國等的參賽者相繼參加了日本的比賽,上海同濟大學也從 2000 年開始制作賽車去日本參賽，節(jié)能競技賽車與普通汽車的結(jié)構(gòu)布局相似,由發(fā)動機、底盤和車身三大部分組成。發(fā)動機的改造無疑是各賽車隊攻關的重點,也是節(jié)能減排技術發(fā)展的主導性方向底盤的設計關鍵在于減小摩擦損失和提高機械傳動的效率車身設計的重點在于外形美觀、輕重量和較低的空氣阻力系數(shù)。 汽車動力性與燃油經(jīng)濟性的好壞,在很大程度上取決于發(fā)動機的性能和傳動系型式及參數(shù)的選擇[8],即取決于汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配的程度。動力傳動系統(tǒng)即發(fā)動機一變速器一驅(qū)動橋一驅(qū)動輪系統(tǒng),它是汽車重要組成部分。選擇動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的方法有兩種：一種是整車主要參數(shù)和傳動系參數(shù)含輪胎確定后,選擇合適的發(fā)動機； 另一種是整車參數(shù)和發(fā)動機確定后,選擇合適的傳動系。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在其理想工作區(qū)附近工作。這樣不僅可以減少燃油消耗,減輕發(fā)動機磨損,提高發(fā)動機的使用壽命,而且可以取得良好的排放效果。 早在 80 年代初期,國外就對汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了探索,提出了多種行之有效的設計方法。早期的設計方法以平面投影設計方法為主,因為缺乏直接在空間中建立機構(gòu)的運動方程的數(shù)學理論,所以通常將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題來解決。通過這種方法不僅可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),同時也可以建立便于實現(xiàn)數(shù)值計算的系統(tǒng)模型。在實際設計中,要想通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)使所有車輪在每一個轉(zhuǎn)向角度都能繞同一個瞬心轉(zhuǎn)動是無法實現(xiàn)的。通常的做法是依靠經(jīng)驗公式來設計。在研究中,則采用優(yōu)化算法,建立目標函數(shù),求解出最優(yōu)值。眾多的優(yōu)化研究方法都認為,對于特定轉(zhuǎn)向機構(gòu),可以將整個系統(tǒng)拆分成幾個小系統(tǒng)來考慮,即每一個轉(zhuǎn)向橋均可由一個轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證左右轉(zhuǎn)向輪按轉(zhuǎn)向規(guī)律偏轉(zhuǎn),而轉(zhuǎn)向橋零部件之間的運動協(xié)調(diào)關系則需要根據(jù)具體情況設計搖臂機構(gòu)來加以保證,通常研究者認為,梯形機構(gòu)是無須進行優(yōu)化的,左右車輪的關系完全可以由獨立設計的梯形機構(gòu)來實現(xiàn)。主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機構(gòu),因此。大多數(shù)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究將搖臂機構(gòu)作為優(yōu)化設計研究的重點,并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計算軟件。 在國內(nèi)，隨著計算機性能的不斷提高,出現(xiàn)了許多用于工程計算的專用軟件,為工程技術人員的研究工作帶來了方便,減少了工程開發(fā)中自己編程的麻煩同時也使得許多優(yōu)秀的數(shù)學理論得到了推廣應用。在眾多計算軟件中,MATLAB[5]是應用最為廣泛的數(shù)值計算軟件之一。MATLAB 原是矩陣實驗室 20 年 80 代用來提供 LINPACK 和軟件包EISPACK 的接口程序,采用 FORTRIN 語言編寫的。20 世紀 90 年代,MATLAB 己經(jīng)成為國際控制界公認的標準計算軟件,而且在國際上 30 多個數(shù)學類科技應用軟件中,MATLAB 在數(shù)值計算方面獨占鰲頭。 汽車傳動系這方面的研究國外開展得比較早,1972 年,美國通用汽車公司首先開發(fā)了汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的通用預測程序 GPSIM 系統(tǒng)[15],該系統(tǒng)可以模擬汽車在任何形式工況下的瞬時油耗、累計油耗、行駛時間和距離,預測汽車設計參數(shù)如重量、傳動系傳動比、空氣阻力系數(shù)等的變化對汽車性能的影響。電子計算機的應用和測試手段的提高,使通過模擬計算與實驗相結(jié)合的方法來研究汽車動力傳動系統(tǒng)匹配問題成為可能。目前,國外各大汽車公司在這方面作了大量的研究工作,并開發(fā)了各自的模擬程序,除美國通用汽車公司的 GPSIM 外,還有福特汽車公司的 TOEFP、美國康明斯公司的 VMS,日本日產(chǎn)汽車公司的 CSVFEP,德國奔馳汽車公司的 TRASCO 等。這些程序的使用在樣車制造前就能準確的對汽車動力性燃料經(jīng)濟性進行預測,并可以根據(jù)幾種傳動系速比的變化引起整車性能的變化,找到這種變化間的關系,形成“最佳動力性、燃料經(jīng)濟性曲線”,從而找到能與所選發(fā)動機合理匹配的傳動系,節(jié)省了大量的試驗費用, 大大縮短了設計周期一。我國在這方面研究起步較晚,進入年代后,吉林工業(yè)大學、清華大學、長春汽車研究所等單位開展了一些工作,取得了一些成果。如吉林大學的《載貨汽車燃料經(jīng)濟性的計算機模擬》,清華大學的《動力性燃料經(jīng)濟性的計算機模擬程序》,長安大學的《汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬與主減速器速比優(yōu)化的研究》,長春汽車研究所的《汽車動力性燃料經(jīng)濟性模擬程序及動力系統(tǒng)合理匹配的研究》等。目前, 國內(nèi)主要圍繞以下幾個方面開展工作的：（1）汽車動力傳動系數(shù)學模型的研究；（2） 按給定工況模式的模擬研究；（3）按實際道路條件隨機模擬的研究；（4）模擬程序的應用研究。 近些年來,國內(nèi)在對汽車動力性、燃料經(jīng)濟性模擬程序研究的基礎上,開始對發(fā)動機、傳動系的最優(yōu)匹配[7]進行探討,主要內(nèi)容包括：（1）發(fā)動機給定,對傳動系速比進行優(yōu)化設計,依此進行調(diào)整,達到改進目的；（2）傳動系給定,優(yōu)選發(fā)動機。前者又包括以動力性為設計目標、以燃料經(jīng)濟性為約束條件和以燃料經(jīng)濟性為設計目標、以動力性為約束條件兩種方法。以動力性為設計目標的方法一般取加速時間為動力性指標以燃料經(jīng)濟性為設計目標的方法,一般以六工況和某一車速下等速工況兩者加權油耗作為燃油經(jīng)濟性目標。另外江蘇理工大學的何仁老師提出的以能量利用率為設計目標的汽車動力性、燃油經(jīng)濟性優(yōu)化設計,這些研究和成果使我國在這個領域的研究水平提高到一個新的階段,也有力地推動了汽車節(jié)能工作。但這些研究往往是建立在犧牲汽車某一性能燃油經(jīng)濟性或動力性的前提下來提高另一個性能動力性或燃油經(jīng)濟性, 因此本文提出了汽車動力性和燃油經(jīng)濟性綜合優(yōu)化目標函數(shù),通過加權的方法來達到不同側(cè)重點的優(yōu)化目的。本文基于這種思想編制的優(yōu)化軟件可以通過輸入不同的權值來達到不同重要度的優(yōu)化,如城市出租車更注重汽車的燃油經(jīng)濟性,而越野車則更注重汽車的動力性。 本田節(jié)能競技大賽適時迎合了時代提高社會節(jié)能和環(huán)保意識的要求,激發(fā)各參賽車隊通過各項獨創(chuàng)技術不斷挖掘一升汽油的無限潛能,使其從中體會到節(jié)能重要性的同時,提高參賽者的思考和實踐能力,更為將來汽車節(jié)能方面的實際應用帶來了無限新的可能。提高汽車行駛效率主要是通過改善結(jié)構(gòu)來減小汽車在行駛過程中的自身消耗,可以通過以下途徑[4]來實現(xiàn)：減少行駛阻力,通過改進車身造型、改善車身結(jié)構(gòu)來減少空氣阻力通過改進輪胎結(jié)構(gòu)減少滾動阻力；底盤輕量化,采用新型輕質(zhì)材料,通過可靠性設計技術使整車輕量化,使各總成部件、附件緊湊；提高驅(qū)動效率,采用自動或無級變速系統(tǒng),減少軸承和齒輪的摩擦損失,提高傳動系統(tǒng)的傳動效率。 本次選題擬展開的工作是，首先根據(jù)大賽要求和發(fā)動機的各項參數(shù)對傳動系的各關鍵部件進行改進設計，同時設計匹配發(fā)動機轉(zhuǎn)速和傳動系的離合器，然后在以往參賽賽車的基礎上對轉(zhuǎn)向系進行各關鍵部件進行改進設計，最后為保證安全設計可靠的剎車系統(tǒng).