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I 節(jié)能賽車(chē)總體布置設(shè)計(jì) 摘要： 根據(jù) 能競(jìng)賽的賽車(chē)要求，我們對(duì)節(jié)能賽車(chē)進(jìn)行了創(chuàng)新。 基于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)，汽車(chē)駕駛，駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和賽車(chē)全面進(jìn)行了程序的合理優(yōu)化。 與各所大學(xué)溝通，體會(huì)“創(chuàng)新”和“溝通”的樂(lè)趣。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在提高能源效率，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外能源的能源狀況的分析，指出研究的目的和意義。 首先，對(duì)方動(dòng)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了化油器存在的作用，其次為底盤(pán)四大系統(tǒng)做了合理的設(shè)計(jì)分析，最后我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了適合的車(chē)身。 關(guān)鍵詞： 節(jié)能；賽車(chē)；創(chuàng)新；發(fā) 動(dòng)機(jī)；底盤(pán) he of to of we on of of to by of of of by a we 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................Ⅰ ..................................................................................................................................Ⅱ 目錄 ..........................................................................................................................................Ⅲ 1 緒論 ........................................................................................................................................ 1 論文的背景和意義 ......................................................................................................... 1 前世界的能源形勢(shì) ......................................................................................................... 1 能大賽概況 ..................................................................................................................... 1 能汽車(chē)概況 ..................................................................................................................... 1 文研究的主要內(nèi)容 ......................................................................................................... 2 2 發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)方案 .................................................................................................................... 3 田 125動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 3 動(dòng)機(jī) 原理、特性 .......................................................................................................... 3 動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)型 ...................................................................................................... 4 25動(dòng)機(jī)基本構(gòu)成 .................................................................................... 5 發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn) ................................................................................................................. 6 度特性 .......................................................................................................................... 6 油器 ................................................................................................................................. 7 油器的工作原理 .......................................................................................................... 7 油器的節(jié)能方式 .......................................................................................................... 8 動(dòng)機(jī)布置形式 ................................................................................................................. 9 3 賽車(chē)底盤(pán)整體方案 .............................................................................................................. 11 動(dòng)系統(tǒng) ........................................................................................................................... 11 合器 ............................................................................................................................ 11 軸的設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 12 駛系統(tǒng) ........................................................................................................................... 12 車(chē)的要求 .................................................................................................................... 13 車(chē)輪的設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 14 架的設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 15 架的類(lèi)型 .................................................................................................................... 15 架建模 ........................................................................................................................ 16 能賽車(chē)轉(zhuǎn)向系 ............................................................................................................... 17 轉(zhuǎn)向系提出的要求 .................................................................................................... 17 能賽車(chē)轉(zhuǎn)向布置方案 ................................................................................................ 17 輪定位參數(shù)的選擇 .................................................................................................... 19 動(dòng)系統(tǒng) ........................................................................................................................... 22 4 制作低風(fēng)阻的車(chē)身 .............................................................................................................. 23 5 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 25 致謝 .......................................................................................................................................... 26 1 1 緒論 論文的背景和意義 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所有權(quán)和汽車(chē)消費(fèi)的增加，汽車(chē)現(xiàn)象越來(lái)越普遍，人均能源和汽車(chē)消費(fèi)之間的矛盾也將越來(lái)越大，城市交通負(fù)荷也在增加。 因此，現(xiàn)代汽車(chē)將在發(fā)展新的環(huán)保能源的同時(shí)，發(fā)展成輕型和小型。 前世界的能源形勢(shì) 能源是世界人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是發(fā)展生產(chǎn)力的主要?jiǎng)恿?。世界?jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史表明，能源增長(zhǎng)率隨 增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。戰(zhàn)后時(shí)期，二十世紀(jì)五七十年代世界經(jīng)濟(jì)的巨大發(fā)展與廉價(jià)能源供應(yīng)充足，特別是石油供應(yīng)密切相關(guān)。 為此，能源供應(yīng)是普遍關(guān)注的問(wèn)題。 能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的 重要基礎(chǔ)。 世界能源需求持續(xù)增加，從而導(dǎo)致日益激烈 的 能源競(jìng)爭(zhēng)，環(huán)境污染和環(huán)境壓力。由此可以斷定 ,在未來(lái)生活中 ,節(jié)能減排這個(gè)話題將不會(huì)減弱 ,相反的 ,反而會(huì)被越來(lái)越多的人所關(guān)注 ,而節(jié)能減排最終會(huì)成為一個(gè)永久的話題被人們所認(rèn)識(shí)和對(duì)待 。 能大賽概況 隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)在人們的生活中越來(lái)越受歡迎，同時(shí)也帶來(lái)了燃油短缺和環(huán)境退化問(wèn)題，積極開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保汽車(chē)是汽車(chē)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展所必需的。 本田中國(guó)節(jié)能競(jìng)賽是由本田技術(shù)研究（中國(guó)）投資有限公司贊助的社會(huì)活動(dòng)。 匹配“挑戰(zhàn)一升，綠色生活”為口號(hào)，大賽需要汽油 機(jī)車(chē)輛統(tǒng)一規(guī)范，在規(guī)定的軌道內(nèi)，消耗最少量的汽油的種類(lèi)。 本田節(jié)能運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽成立于 1981 年， 31 年歷史，本田創(chuàng)立此大賽的目的是為了提高節(jié)能環(huán)保的社會(huì)意識(shí)，為參與者提供體 驗(yàn)和享受的機(jī)會(huì)創(chuàng)建。 比賽的競(jìng)爭(zhēng)性和比賽的有趣的性質(zhì)使得汽車(chē)越來(lái)越有影響力。 在中國(guó)舉辦了五年的比賽在汽車(chē)行業(yè)中引起激烈反響。 能汽車(chē)概況 節(jié)能 賽車(chē) 是指低能耗，低污染，新能源和新型動(dòng)力 賽車(chē) 。 節(jié)能 賽車(chē) 的目標(biāo)是在滿足需求的同時(shí)消耗盡可能少的能 耗 ，同時(shí)減少污染氣體的產(chǎn)生。 由于能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，越來(lái)越多的制造商開(kāi) 始開(kāi)發(fā)節(jié)能型汽車(chē)， 而且 不僅從汽車(chē)的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看， 還要從 節(jié)能型發(fā)動(dòng)機(jī) 著重 研究。 如今 世界上有三種主要的節(jié)能型汽車(chē)。 一輛是純電動(dòng)車(chē)。 兩輛是混合動(dòng)力車(chē)，三輛是燃料電池車(chē)。 2 2008 年，中北大學(xué)首次報(bào)名參加 能競(jìng)技大賽，并以 驕人的成績(jī)?cè)谌珖?guó) 55 支大學(xué)組參賽隊(duì)中取得了第 38 名的成績(jī)。至今，我校已有 4 年的參賽經(jīng)驗(yàn)，賽車(chē)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)也日益提高 。 文研究的主要內(nèi)容 (1)熟悉、掌握汽車(chē)組成及工作原理及第 11 屆中國(guó)節(jié)能大賽比賽要求； (2)擬定賽車(chē)總體布置設(shè)計(jì)的多種 設(shè)計(jì)方案，提供最合理方案的可行性報(bào)告。在太原艾狄汽車(chē)檢測(cè)設(shè)備有限公司、車(chē)輛實(shí)驗(yàn)室研制賽車(chē)； (3)確定車(chē)身類(lèi)型，對(duì)車(chē)身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作車(chē)身； (4)查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn) 15 篇以上，其中至少有兩篇外文相關(guān)文獻(xiàn)。 (5)部件圖其零件圖。 (6)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 以下均為本人實(shí)際操作得出 的 結(jié)論。 3 2 發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)方案 田 125動(dòng)機(jī) 原理、特性 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的“心臟”，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配機(jī)機(jī)構(gòu)、和燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑 系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)組成。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火方式為壓燃式，所以無(wú)點(diǎn)火系統(tǒng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的動(dòng)力裝置，其作用是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。所用的燃料以汽油和柴油為主。 負(fù)載特性是內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)與負(fù)載變化的關(guān)系。此時(shí)，性能指標(biāo)主要是指具體的燃油消耗量，由于轉(zhuǎn)速恒定，內(nèi)燃機(jī)的有效功率，扭矩，和平均有效壓力均正比于，都可以用來(lái)表示負(fù)載大小。 圖 油機(jī)負(fù)荷特性 圖 油機(jī)負(fù)荷特性曲線 雖然汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率高于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（圖 但差距不 能夠用 以 補(bǔ)足 其對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的影響（圖 當(dāng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷 降低 時(shí)， 因?yàn)?節(jié)氣門(mén) 氣流 的影響，所以 導(dǎo)致泵送氣體的 損失 ，使特定燃料消耗量比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上升得更快，當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，殘余氣體相對(duì)燃燒增加發(fā) 動(dòng)機(jī)艙，為了確保燃燒穩(wěn)定，必須加入攪拌機(jī)，特別是再次上升。 4 動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)型 表 1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)及參數(shù) 項(xiàng) 目 型 號(hào) 、 型 式 、參 數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) 動(dòng)機(jī) 類(lèi)型 四沖程 缸徑×行程 缸工作容 縮比 1 最大功率及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速 r/ 7500±375） 標(biāo)定功率及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速 r/7000±350) 最大扭矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速 N· m/(r/ 4000± 200） 最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 r/400±100 最低燃油消耗率 g/h ≤367 汽油牌號(hào) 93 號(hào)（ 7930 發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油牌號(hào) 0W/30（ 1121 起動(dòng)方式 電動(dòng) /腳踏 點(diǎn)火方式 油器型式 (型號(hào) ) 滑方式 壓力、飛濺潤(rùn)滑 離合器型式 自動(dòng)雙離合 傳動(dòng)方式 鏈傳動(dòng) 未級(jí)傳動(dòng)比 5/14)` 變 速 系 統(tǒng) 變速方式 四檔循環(huán) 操縱方式 腳變檔 曲軸至變速系統(tǒng)傳動(dòng)方式 齒輪 曲軸至變速系統(tǒng)減速比 一檔 二檔 三檔 檔 氣機(jī)構(gòu) 型 式 頂置凸輪軸 配氣相位 進(jìn)氣門(mén)開(kāi) ° （曲軸轉(zhuǎn)角） 進(jìn)氣門(mén)關(guān) 5° 排氣門(mén)開(kāi) 4° 0 / 1900 , 3200 5 最大點(diǎn)火提前角 (曲軸轉(zhuǎn)角 )° /（ r/ 排氣門(mén)關(guān) ° 冷態(tài)氣門(mén)隙（ 進(jìn)氣門(mén) 氣門(mén) 件 化油器型式 平吸柱塞式 機(jī)油泵型式 轉(zhuǎn)子式 磁電機(jī)型式 外轉(zhuǎn)子型 火 花 塞 型號(hào) 極間隙（） 出鏈輪齒數(shù) 14 輸出軸 (副軸 )旋轉(zhuǎn)方向 逆時(shí)針（面向輸出軸） 油 料 汽油牌號(hào) 93 號(hào)（ 7930 機(jī)油牌號(hào) 0（ 1121 外形尺寸（長(zhǎng) *寬 *高） 55× 305× 375 發(fā)動(dòng)機(jī)凈重 4 表 2 磨合規(guī)范及主要性能參數(shù) 序號(hào) 曲軸轉(zhuǎn)速 油門(mén)開(kāi)度 擋位 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 r/ 5000 50 四 檔 10 2 6000 75 四 檔 10 3 7500 100 四 檔 220 注：全過(guò)程監(jiān)測(cè)火花塞座圈溫度 tⅠ ≤ 220℃ ,機(jī)油溫度 130℃。 25表 3 25動(dòng) 機(jī)基本構(gòu)成 氣缸頭 磁電機(jī) 凸輪軸 /氣門(mén) 起動(dòng)離合器 正時(shí)鏈條 /張緊桿 起動(dòng)馬達(dá) 氣缸體 曲軸箱 右曲軸箱蓋 曲軸 /活塞 單向離合器 變速器 離合器 換擋鼓 6 機(jī)油泵 反沖起動(dòng)軸 左曲軸箱蓋 化油器 發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn) 1） 發(fā)動(dòng)機(jī)將得到改進(jìn)，排氣系統(tǒng)將被修改，以最大化發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率。當(dāng)動(dòng)機(jī)處于高功率狀態(tài)時(shí)，需要空氣燃燒更多的燃料和更多的空氣，當(dāng)其處于怠速狀態(tài)時(shí)，需要調(diào)節(jié)空氣的體積以確保少量的燃料燃燒，以滿足燃油經(jīng)濟(jì)性要求，這些功能通過(guò)調(diào)節(jié)入 氣 系統(tǒng)的空氣流入來(lái)實(shí)現(xiàn)。從能效角度來(lái)看，我們可以通過(guò)改變化油器的主測(cè)量孔來(lái)減少燃油和空氣的混合比，使燃油充分燃燒。也可以在進(jìn)氣管和氣缸蓋上保溫材料，使得即使是相對(duì)較薄的混合物，發(fā)動(dòng)機(jī)也可以充分燃燒，如果條件允許，也可以是本田 125發(fā)動(dòng)機(jī)被轉(zhuǎn)換成電子燃料噴射系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī) 。 2） 通過(guò)量化發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦阻力。 例如，您可以卸下發(fā)動(dòng)機(jī)的引導(dǎo)部件，減少氣缸的冷卻葉片，并拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)的離合器。 等待發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)量 ; 還可以通過(guò)減少發(fā)動(dòng)機(jī)油量并重新布置原發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減輕重量。 它也可以用于去除曲軸箱的壓力， 用來(lái) 減小 曲軸的運(yùn)動(dòng)阻力。 度特性 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的外部特性是其工作能力，即動(dòng)態(tài)特性，從而確定最大功率或額定功率，最大扭矩及其相轉(zhuǎn)速。（如圖 示） 圖 油機(jī)外特性 1） 扭矩 ??? ?K?η v：充氣效率 7 α：過(guò)量空氣系數(shù) η 示熱效率 η m：機(jī)械效率 2）功率 9550/矩 n:轉(zhuǎn)速 3）燃油消耗率 k3/b ???η 示熱效率 η m：機(jī)械效率 油器 化油器是節(jié)能賽車(chē)中重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，它的存在直接決定了賽車(chē)的耗油量。 油器的工作原理 外界空氣經(jīng)過(guò)“清潔”后吸入化油器”從外部空氣中，空氣被過(guò)濾掉，然后進(jìn)入化油器，并且通過(guò)阻尼器位置的改變來(lái)控制空氣量。空氣沖入化油器中的化油器以產(chǎn)生吸力，其通過(guò)咆哮管使用來(lái)自浮子室的燃料并將其霧化。浮子飄起并用針閥塞住。駕駛員通過(guò)控制節(jié)氣門(mén)的尺寸來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作速度，混合氣由節(jié)氣門(mén)增厚。 下圖 化油器工作原理圖 8 圖 油器工作原理 化油器必須在各種條件下提供相應(yīng)的準(zhǔn)確混合比和相應(yīng)數(shù)量的混合物，接下來(lái)的一個(gè)燃油箱高度控制咆哮管，油管進(jìn)入燃料末端，氦管在噴嘴的一端，進(jìn)氣沖程活 塞向下，氣缸內(nèi)的低壓區(qū)域，管內(nèi)的空氣在大氣壓力的作用下通過(guò)吼叫，吼管部分比進(jìn)氣管的其他部分更窄，這種形狀加速，當(dāng)氣流通過(guò)機(jī)器的飛機(jī) 機(jī)翼周?chē)灿幸环N現(xiàn)象，機(jī)翼的形狀通過(guò)機(jī)翼上方的空氣形成低壓區(qū)域，空氣壓力低于較低的大氣壓力，壓差產(chǎn)生升高平面，咆哮管形狀也是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。當(dāng)空氣通過(guò)吼聲管時(shí)，在噴嘴附近形成一個(gè)低壓區(qū)，坦克內(nèi)部的大氣壓力大于大氣壓力的吼聲管，使得噴嘴燃料，噴氣燃料和空氣混合，形成霧狀混合物。 油器的節(jié)能方式 賽車(chē)引擎的工作往往差異很大。例如，在空載和小負(fù)載下，前者需要 強(qiáng)烈的混合物，而后者需要濃縮稀釋。為了節(jié)省油量，在中等載重量下要求化油器的最低燃油消耗率的混合物。在滿載的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)需要提供發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)力混合以產(chǎn)生最大功率。另外，如果這輛車(chē)很冷，就有很強(qiáng)的混合作用。 由上得知，發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作狀態(tài)，要求增加少量混合物的供給，增加能量越薄越薄。滿載時(shí)，混合物應(yīng)用稀薄的空氣加厚。 關(guān)乎這些要求，上面所說(shuō)的化油器讓人覺(jué)得不能接受。 9 為了彌補(bǔ)這些要求，如今在化油器上安裝了許多氣體濃度補(bǔ)償器。 如：主供水泵，節(jié)能器，加速啟動(dòng)系統(tǒng)等，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同情況下，化油器能提供適 當(dāng)比例的混合物。 我們還去了太原科技大學(xué)借鑒了其方程式賽車(chē)的電噴，深感現(xiàn)代科技的發(fā)達(dá)以及人們對(duì)節(jié)能的重視。 下圖為我們采用的化油器和科技大學(xué)采用的電噴： 圖 們 采用的化油器 圖 技大學(xué)采用的電噴 動(dòng)機(jī)布置形式 發(fā)動(dòng)機(jī)的放置形式主要有發(fā)動(dòng)機(jī)放在前輪且用前輪來(lái)帶動(dòng)（ 發(fā)動(dòng)機(jī)放置在前輪且用后輪來(lái)帶動(dòng)（ 發(fā)動(dòng)機(jī)放置在后輪且用后輪來(lái)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)（ 種，示。 1）發(fā)動(dòng)機(jī)放置在前輪且用前輪驅(qū)動(dòng)（ 10 發(fā)動(dòng)機(jī)的前輪驅(qū)動(dòng)器采用兩升半升的 發(fā)動(dòng)機(jī)，技術(shù)非常成熟。 主要缺點(diǎn)：前輪驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向需要萬(wàn)向萬(wàn)向節(jié)，結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，前軸比后軸重，前輪為方向盤(pán)。與驅(qū)動(dòng)輪附著力下降一起上山，減少汽車(chē)的爬坡能力，尤其是在爬上泥濘的斜坡，驅(qū)動(dòng)輪容易打滑，導(dǎo)致車(chē)輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性下降；由于后軸負(fù)荷，軸前進(jìn)，因此后輪容易脫落，造成側(cè)滑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)跨越空間時(shí)，整體布局很難，維護(hù)和維護(hù)接近于差。 2）發(fā)動(dòng)機(jī)放置在后輪且用后輪驅(qū)動(dòng)（ 發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)，因?yàn)殚L(zhǎng)期，穩(wěn)定，所以在一個(gè)寬敞，發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車(chē)和位移的應(yīng)用。 主要優(yōu)點(diǎn)：汽車(chē)的軸荷分配，提高輪胎的使用； 一個(gè)寬敞的機(jī)房，攀爬能力強(qiáng)。 主要缺點(diǎn)：事實(shí)上，當(dāng)汽車(chē)的乘坐舒適性；與其他物體碰撞的可能，發(fā)動(dòng)機(jī)在前排乘客在客艙，總長(zhǎng)度造成嚴(yán)重?fù)p害。車(chē)輛的整體創(chuàng)作，軸距，車(chē)輛長(zhǎng)度， 節(jié)省燃料和能源的影響。 3）發(fā)動(dòng)機(jī)放后置在后輪且用后輪驅(qū)動(dòng)（ 后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)，通常是電機(jī)，離合器和減速器作為主成分，如傳動(dòng)軸，通常位于后橋后的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以比較大。 主要優(yōu)點(diǎn)：排氣管不能一次向后擴(kuò)展，并節(jié)省軸，所以乘客艙大陸版的凸包只需要具有較低的高度來(lái)適應(yīng)桿操作機(jī)構(gòu)并增強(qiáng)底盤(pán)剛度，攀登能力得到改善。 當(dāng)發(fā)動(dòng) 機(jī)位于軸外部時(shí)，軸距短并且車(chē)輛是可操縱的。 經(jīng)過(guò)以上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)布置形式優(yōu)缺點(diǎn)的分析，我們經(jīng)過(guò)實(shí)際操作采用了發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)，改裝結(jié)果如下圖： 圖 動(dòng)機(jī)布置形式 11 3 賽車(chē)底盤(pán)整體方案 汽車(chē)底盤(pán)是賽車(chē)帶的矩陣，底盤(pán)是汽車(chē)的“骨架”。它一般由傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成 [4]，如圖 示 圖 節(jié)能車(chē)底盤(pán)構(gòu)造 動(dòng)系統(tǒng) 合器 汽車(chē)將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，減緩功能。本賽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)包括離合器、傳遞力矩軸承、主要減速器及半軸等。如圖所示為本組 采用的離合器，去掉了 1、 2、 3 檔，只剩四檔直接檔。 如圖 本小組所采購(gòu)的離合器： 圖 合器 離合器的基本結(jié)構(gòu)：例如，廣泛用于賽車(chē)的摩擦離合器 。 離合器它主要由飛輪、從動(dòng)盤(pán)、壓緊彈簧和分離套筒 4 部分組成 [5]。 離合器的工作原理： 1）離合器的結(jié)合 工作時(shí)，飛輪旋轉(zhuǎn)，摩擦片與其端面之間的摩擦力將能量傳給摩 12 擦器。 2）離合器分離 當(dāng)離合器踏板被按壓時(shí)，控制桿分離出壓縮彈簧的作用到右側(cè)，活動(dòng)壓板向右側(cè)移動(dòng)，傳動(dòng)盤(pán)與飛輪端之間的間隙被切斷。 3)平穩(wěn)起步 它將從離 合器開(kāi)始，斷掉發(fā)動(dòng)機(jī)并逐漸松開(kāi)離合器。在壓縮彈簧的壓力下，移動(dòng)盤(pán)逐漸變成與飛輪面的接觸壓力，功率可以從小到大傳到變速器。 4)換擋 按壓離合器踏板，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)功率，傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)扭矩，輕松推出原來(lái)的齒輪，也容易掛起新齒輪。 5）過(guò)載保護(hù) 當(dāng)車(chē)輛緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生非常大的慣性力矩，并通過(guò)離合器片樣條函數(shù)，超越最大扭矩即可通過(guò)壓板，壓板滑動(dòng)，避免傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。 軸的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)軸根據(jù)輪轂和鏈輪，注意鏈輪和軸上其他部件的位置。 圖 結(jié)構(gòu) 駛系統(tǒng) 賽環(huán)境 比賽地點(diǎn)是 廣東國(guó)際賽車(chē)場(chǎng) (圖 比賽時(shí)間是 2012 年 11 月 10 日 ，根據(jù) 歷史氣象資料 ， 平均 氣溫在 20° C 到 25° C。 13 圖 東國(guó)際賽場(chǎng) 賽道 具體 參數(shù) 如下 ： 二圈 賽道長(zhǎng)度： 5277m 四圈 賽道長(zhǎng)度： 10917m 直道長(zhǎng)度： 718m 彎道最小曲線半徑： R=10m 彎 角： 13 個(gè) 賽道落差： 3 米 平均速度： 25km/h 最高允許時(shí)速： 250km/h 賽道寬度： 12 賽車(chē)的要求 參賽車(chē)輛必須符合大賽的要求，為了在比賽中 獲勝，必須巧妙合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)賽車(chē)要求進(jìn)行評(píng)估使設(shè)計(jì)組能把精力集中于賽車(chē)重要的部位。 經(jīng)過(guò)研究分析，賽車(chē)底盤(pán)四個(gè)部分的要求是非常重要的，它們分別是高效的底盤(pán)，有效的轉(zhuǎn)向，現(xiàn)實(shí)可加工性，有力的制動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，每個(gè)部分都有不同的必須遵循的指導(dǎo)方針，這對(duì)制作出高效的賽車(chē)非常重要。有效的設(shè)計(jì)須整合不同部分設(shè)計(jì)的矛盾，以求整體輕量化并能在規(guī)定的行駛路程中消耗最少量的燃油。另一方面，賽車(chē)必須符合比賽規(guī)則。以下是 比賽規(guī)則 要求列表。 14 圖 車(chē)俯視側(cè)視圖 a)全高 ...................m 以下 b)軸距 ...................m 以上 c)全長(zhǎng) ...................m 以下 d)輪距 ...................m 以上 e)全寬 ...................m 以下 f)排氣管不 可以 超出車(chē)身后面以及側(cè)面 10上 g)制動(dòng)系統(tǒng)有兩套以上 h)有效的底盤(pán)設(shè)計(jì) i)輕 重量 低油耗 j)方便 加工 k)人體 工程學(xué) m)成本低 n)傾斜制動(dòng) 角為 20° o)可 見(jiàn) 范圍 q)載重量 不能 超過(guò) 100Kg r)空氣動(dòng) 力學(xué) s)5 秒 內(nèi)可以 逃生 t)必須有防火板 裝置 輪的設(shè)計(jì) 節(jié)能賽車(chē)是前面兩個(gè)輪胎，后面是一個(gè)和輪胎并且也靠它帶動(dòng)。這種設(shè)計(jì)使車(chē)輛簡(jiǎn) 15 便，較穩(wěn)當(dāng)，阻力也不大。車(chē)輪一般使用自行車(chē)輪胎，輪胎通常由合金材料制成，更多以鋁為基礎(chǔ)材料，質(zhì)量小，轉(zhuǎn)速高時(shí)變形小，散熱好，在輪胎壓力范圍內(nèi)盡可能高，以便能夠與地面接觸。 三輪車(chē)輪胎的布置有前 2 輪 、前 1 輪 輪和偏置式。側(cè)車(chē)用于使用自行車(chē)車(chē)架制造賽車(chē)，在感覺(jué)和施工方面相當(dāng)頭疼。 1 輪前。經(jīng)過(guò) 2 輪的形式，反過(guò)來(lái)他們側(cè)滑，制動(dòng)難度較大，需要兩輪制動(dòng)力相同，如果后輪 驅(qū)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)不平衡車(chē)輪制動(dòng)力在車(chē)內(nèi)偏轉(zhuǎn)時(shí)，甚至發(fā)生事故。以前兩輪的形式，后輪的形式是最新的形式，具有能夠簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并更加穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。 如圖 示為本小組采用的車(chē)輪： 圖 小組采用的車(chē)輪 架的設(shè)計(jì) 車(chē)架的 可以運(yùn)用在頂住 、 銜接 、 穩(wěn)定各種 系統(tǒng)。 出于 人體工程學(xué)， 車(chē)架 必須具有足夠的尺寸以保持騎手處于舒適的位置。 對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)，框架應(yīng)設(shè)計(jì)得盡可能緊湊 ; 輕量化可以有效提高汽車(chē)節(jié)能環(huán)保的性能，所以車(chē)架 應(yīng)盡可能輕便，直接節(jié)省油量。 總而言之， 車(chē)架 是一個(gè)矛盾的統(tǒng)一，必須加以考慮 。 如何保證框架的可靠性是本章的主要內(nèi)容。 架的類(lèi)型 下圖列出了常見(jiàn)車(chē)架： 16 圖 形車(chē)架 圖 骨式車(chē)架 圖 體式車(chē)架 圖 間式車(chē)架 架建模 整個(gè)車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程是在三維設(shè)計(jì)軟件中完成的。因?yàn)榭紤]到車(chē)架加工 時(shí)各個(gè)桿件需要單獨(dú)加工，因此整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是在組件環(huán)境中完成的。 設(shè)計(jì)必須考慮各 桿件 的連接，加工的可行性和便利性。該設(shè)計(jì)試圖避 免幾個(gè)小角度，這可以在處理時(shí)易于處理，而不影響框架的整體性能。 整個(gè)框架應(yīng)使焊點(diǎn)最小化，不要將焊點(diǎn)置于框架的主軸承區(qū)域，以防止焊接引起的剛度和熱應(yīng)力。焊接部件的設(shè)計(jì)應(yīng)具有足夠的連接面積，即使在焊接技術(shù)的情況下，一般也可以確保車(chē)輛的剛度和強(qiáng)度要求。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 示 ： 圖 架結(jié)構(gòu)建模簡(jiǎn)圖 17 能賽車(chē)轉(zhuǎn)向系 為了降低汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的節(jié)能能耗，并由阿克曼的原理決定了節(jié)能車(chē)方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)理論計(jì)算幾何尺寸之間的關(guān)系。應(yīng)用 據(jù)優(yōu)化和 維模擬優(yōu)化， 并最大限度地減少誤差，得出結(jié)論，轉(zhuǎn)向梯形臂的最佳參數(shù)長(zhǎng) m 和θ的值的基數(shù)。 轉(zhuǎn)向系提出的要求 1） 操縱輕便。 2） 輪和盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向必須保持一致 。 如圖 科技大學(xué)采用的轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)： 圖 技大學(xué)轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 能賽車(chē)轉(zhuǎn)向布置方案 節(jié)能賽車(chē)可配置方式主要有以下三種： 前二后一運(yùn)用后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向，見(jiàn)圖 18 圖 輪轉(zhuǎn)向布置圖 前一后二運(yùn)用后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向，見(jiàn)圖 圖 兩輪后置驅(qū)動(dòng)布置 前二后二 運(yùn)用后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向，見(jiàn)圖 圖 后兩輪的四輪設(shè)計(jì) 當(dāng)輪胎滾動(dòng)阻力增加，節(jié)能效果不理想 ; 為了使組織簡(jiǎn)單，提高傳動(dòng)效率，放棄上輪后輪驅(qū)動(dòng)的方案。 經(jīng)過(guò)前兩輪考慮了圖形設(shè)計(jì)圓周計(jì)劃，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)方便，穩(wěn) 19 定性好，阻力小的優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)如圖 示，重點(diǎn)關(guān)注車(chē)輪定位精度，便攜式操縱輕便研究。 如圖 示。 車(chē)輛轉(zhuǎn)向，為了減少阻力，必須沿著圓弧軌跡行駛，方向盤(pán)在 延伸繩索輪后，在內(nèi)輪延伸的角度上比外輪大，使用這種操作，以便使車(chē)輪轉(zhuǎn)向 只 需配置 轉(zhuǎn)向臂結(jié)構(gòu)即可。 圖 克曼原理圖 輪定位參數(shù)的選擇 通常來(lái)說(shuō)，我們需要測(cè)試前輪的五個(gè)定位參數(shù)：主銷(xiāo)，車(chē)輪的度數(shù)，車(chē)輪，轉(zhuǎn)向軸的傾角度，以及車(chē)削度數(shù)。 車(chē)輪的尖端，車(chē)輪的角部以及車(chē)輪本身的尖端的角度將導(dǎo)致輪胎磨損。由于轉(zhuǎn)向軸的外傾和傾斜，變化方向軸承的傾斜度一定與輪胎摩擦有關(guān)。主銷(xiāo)的延遲角度不會(huì)增加輪胎的摩擦，但是如果它們嚴(yán)重離開(kāi)規(guī)范參數(shù)，這就造成影響汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性和方向了。 1） 主銷(xiāo)后傾 如果轉(zhuǎn)向軸向后傾斜，則球接頭或支撐桿的上端安裝在球窩接頭的下端， 斜坡為正。 如果 方向變化軸承 向前傾 倒 ，則斜 倒 率為負(fù) ， 后輪不需檢測(cè)后角。（示） 20 圖 主銷(xiāo)后傾 2） 外傾 傾斜是指從外側(cè)角度測(cè)量的從鉛垂線偏轉(zhuǎn)的車(chē)前視角（與后方相同），如圖 示。 圖 傾 3） 車(chē)輪前束 車(chē)輪前面的梁是兩個(gè)車(chē)輪的方向（見(jiàn)圖 指向車(chē)輪 前面 的一對(duì)前輪。 車(chē)輪或后梁的前部可以以 角度表示。 圖 輪前束 4） 轉(zhuǎn)向軸內(nèi)傾 軸是從前面看過(guò)去的擋板，啟動(dòng)軸在垂直方向，這是支持低和高桿的球頭中心線云。（如圖 示）。 大轉(zhuǎn)向軸可以保證主銷(xiāo)后下懸掛架 的重定向和穩(wěn)定性。 21 圖 向軸內(nèi)傾 5） 車(chē)輪外傾 如果外部?jī)A斜度為負(fù)，則總角度的總角度小于轉(zhuǎn)向軸的傾斜度。 知道轉(zhuǎn)向 軸的傾角，前輪的外傾角和內(nèi)外傾角可以幫助我們?cè)\斷轉(zhuǎn)向部分和懸架的故障（. 圖 輪外傾 選擇參數(shù)如表 4 所示： 表 4 選定的參數(shù) 主銷(xiāo)后傾 2° 主銷(xiāo)內(nèi)傾 7° 前輪外傾角 0° 前輪前束 5向主銷(xiāo)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖 示： 22 圖 向主銷(xiāo) 動(dòng)系統(tǒng) 比賽要求必須配備兩套剎車(chē)。因?yàn)橘愜?chē)前面是兩個(gè)輪，要制 動(dòng)前輪，穩(wěn)定性比較難把握，如果兩輪制動(dòng)力不一樣，就容易偏轉(zhuǎn)。而如果只制動(dòng)前輪，高速下就容易翻跟斗，造成事故。所以一般只制動(dòng)后輪。 23 4 制作低風(fēng)阻的車(chē)身 考慮到實(shí)際節(jié)能，啟動(dòng)加速時(shí)，速度太快，無(wú)法使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火刨削，低速加速，此操作需要重復(fù)循環(huán)。 由于競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則要求，汽車(chē)不低于 25 公里 /小時(shí)的平均速度，在這種情況下，以一定的速度運(yùn)行，肯定會(huì)對(duì)抗風(fēng)， 同時(shí)產(chǎn)生大量的空氣阻力，使得汽車(chē)加速過(guò)程緩慢，同時(shí)在車(chē)速過(guò)程中滑動(dòng)速度明顯下降。 顯然這對(duì)車(chē)子來(lái)說(shuō)是不好的。 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，借鑒其他優(yōu)秀團(tuán)隊(duì) 的實(shí)例，為節(jié)能競(jìng)賽安裝公平競(jìng)爭(zhēng)是絕對(duì)有效的。 從技術(shù)和資金方面對(duì)完全封閉的整流罩進(jìn)行競(jìng)賽困難，所以整流罩的第一部分也可以被認(rèn)為是有效的節(jié)油方式。 下圖 我們的車(chē)身 模和太原科技大學(xué)的車(chē)身模型： 圖 身 圖 原科技大學(xué)車(chē)身 24 5 結(jié)論 21 世紀(jì)的主題是使用高端技術(shù)，通過(guò)汽車(chē)生產(chǎn)才是學(xué)習(xí)的捷徑。作為車(chē)輛工學(xué)生，我有很多的樂(lè)趣，在畢業(yè)之前可以制作賽車(chē)。 在總結(jié)過(guò)去兩年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的過(guò)程中，聽(tīng)取老師的意見(jiàn)，從圖書(shū)館和互聯(lián)網(wǎng)上收集到的數(shù)據(jù)，并采取有效的數(shù) 據(jù)，使設(shè)計(jì)更加合理。以 件為平臺(tái)，針對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)原則，配套優(yōu)化傳輸系統(tǒng)，輪胎和道路阻力，汽車(chē)重量輕，車(chē)輪定位合理的底盤(pán)節(jié)能技術(shù)。機(jī)箱設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要根據(jù)汽車(chē)工程，人體工程，空氣動(dòng)力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，材料科學(xué)等綜合考慮，在設(shè)計(jì)中按照國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀賽車(chē)的原則參考，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使整體達(dá)到最佳效果。 25 參 考 文 獻(xiàn) [1] 2012 第 6 屆 國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽網(wǎng)站 [2] 2012 第 6 屆 國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽大賽規(guī)則 (燃油組 )3] 本田 賽參賽車(chē)輛制作基礎(chǔ)知識(shí) 4] 蔡興旺，付曉光主編 汽車(chē)構(gòu)造與原理：機(jī)械工業(yè)出版社 5] 離合分哪幾種？賽車(chē)的雙離合分哪幾種？ — 百度知道 [6] 離合器 — 汽車(chē)百科 [7] 余志生 第 4 版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [8] 楊巧絨 程制圖 版 . 北京：中國(guó)林業(yè)出版社 . 9] 清華大學(xué)汽車(chē)工程系編寫(xiě)組編著 京：人民郵電出版社， 2000 [10] 齊志鵬主編．汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修．北京：人民郵電出版社， 2016 [11] 李尹熙主． 金屬篇） 津科學(xué)技術(shù)出版社 [12] 柳作民主編．最新國(guó)際汽車(chē)制動(dòng)法規(guī)匯編．中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)制動(dòng)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制動(dòng)分會(huì)， 2015 [13] 汽車(chē)制動(dòng)系結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法． 267614] 委員會(huì)制動(dòng)分會(huì)， 2015 [15] 劉惟信編著 北京 :清華大學(xué)出版社 ,2004 [16] 張展 離合器與制動(dòng)器設(shè)計(jì)選用手冊(cè) 版 械工業(yè)出版社 . 26 致 謝 我覺(jué)得這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我能為自己的大學(xué)畫(huà)一個(gè)圓滿的句號(hào)，大學(xué)生活過(guò)程雖有坎坷磨難，但結(jié)果卻讓我欣慰。我始終堅(jiān)信，我不比別人差，我也始終堅(jiān)定，我的未來(lái)一定比別人更好。 站在答辯的講臺(tái)上，我感慨萬(wàn)分。 首先，我 要謝謝我 的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師 尉老師 。是他的一步一步教導(dǎo)，讓我從無(wú)限的迷霧中走出來(lái)，就像為我點(diǎn)亮一盞燈塔，沒(méi)有老師，我要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)何其困難 。 其次， 在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的 過(guò) 程中， 我要謝謝我的組員，我們從沒(méi)有這么團(tuán)結(jié)過(guò)，我們互幫互助，能夠互相指出錯(cuò)誤卻不會(huì)覺(jué)得不好意思，我們把自己的拿手活都用在了這次設(shè)計(jì)中，也從對(duì)方汲取了自己的不足。 最后，感謝所有課程的授課老師。在 大學(xué)的學(xué)習(xí)中 ，是他們的教導(dǎo)才 讓我對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)有了豐富的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有他們就沒(méi)有我們的設(shè)計(jì)，沒(méi)有他們我們就沒(méi)有完整的大學(xué)生活，再次對(duì)所有的授課老師表示由衷的感謝。 27 附 錄 A 車(chē)架三維圖