裝配圖大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（整體車架設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)及座椅附件設(shè)計）（有exb圖+三維圖）,裝配,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計,整體,總體,車架,標(biāo)準(zhǔn),全系統(tǒng),座椅,附件,exb,三維 CMC熱保護(hù)系統(tǒng)，未來可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭 摘要：驗性再入實驗?zāi)Ｐ驮诎l(fā)展正在歐洲發(fā)展,目的在于增加技術(shù)快速反應(yīng)水平（TRL）的技術(shù)適用于未來可重復(fù)使用的運(yùn)載器。這其中有Pre-X程序，目前由法國國家空間研究中心，法國航天局發(fā)起，即將進(jìn)入開發(fā)B階段，包括IXV，未來的發(fā)射準(zhǔn)備程序由歐空局負(fù)責(zé)的。這類車輛所需的主要技術(shù)之一-熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS），特別是陶瓷基復(fù)合材料（CMC）為基礎(chǔ)的迎風(fēng)TPS。為了達(dá)到這一目標(biāo)，在法國空間研究中心的承包下，2003年初，SPS發(fā)起活動名為“通用卵石”技術(shù)活動，以更完整的進(jìn)行瓦的通用設(shè)計的測試活動，為實驗性再入實驗?zāi)Ｐ驮跉W洲的決定做好準(zhǔn)備。這項活動的時間安排包括：設(shè)計，制作兩種C/SiC面板，有限元模型的設(shè)計計算，測試從面板中萃取的技術(shù)樣品，面板的機(jī)械壓力，和附件系統(tǒng)的完整研究。額外的測試正在絕緣密封附件設(shè)備的環(huán)境下進(jìn)行，冷加工的代表部分，為了進(jìn)一步的評估其在相關(guān)環(huán)境下的表現(xiàn)。 這份論文將介紹這項活動自2006年這些模態(tài)特性，動態(tài)，聲學(xué)以及熱和熱機(jī)械測試上的預(yù)測和預(yù)備。 1面板的作用 在2001-2002年pre-x實驗的準(zhǔn)備過程中，法國斯奈克瑪固體火箭推進(jìn)器，負(fù)責(zé)pre-x迎風(fēng)側(cè)高熱再入面積，建議使用供TPS的c/sic纖維木瓦的設(shè)計。通用瓦的大量使用已經(jīng)引起了特別的注意。 為降低風(fēng)險，名為“通用瓦”的準(zhǔn)備程序由CNES確立，它根據(jù)設(shè)計大量瓦元素的設(shè)計，制造和測試確定。這些撐血的主要目的是證明這項改進(jìn)技術(shù)對所有c/sic瓦元素的適用性，以及在適應(yīng)性再入運(yùn)載器在迎風(fēng)側(cè)上使用的遠(yuǎn)見。為了支持這項證明，進(jìn)行了以下一些實驗項目： （1）瓦和附件的設(shè)計，（2）設(shè)計的分析確認(rèn)，（3）完整大的瓦的制造，（4）c/sic面板特性的技術(shù)實驗，（5）c/sic面板的振動和壓力測試，（6）熱量測試，（7）熱機(jī)械測試。 圖1 圖2 2 瓦的概念說明 這一概念也被稱為“掛牌”分為兩個集合的元素: （1）具有機(jī)械功能(機(jī)械外殼、緊固件及支架) （2）具有散熱功能(內(nèi)部絕緣層、密封和絕緣墊圈)。 如圖1所示： 這是機(jī)械外殼所需的非常具有機(jī)械效率的材料，能夠使用在溫度非常高的環(huán)境下。但它的熱導(dǎo)率特性并不是最重要的。這是內(nèi)部絕緣和密封，不需要高的機(jī)械性能，可以由質(zhì)量小、靈活,和高性能絕緣材料組成。附件系統(tǒng)的面板到機(jī)身結(jié)構(gòu)必須能夠抵抗相對較高的溫度, 使熱膨脹的面板, 和傳遞出平面機(jī)械載荷之間的面板和冷卻結(jié)構(gòu)。 3、主瓦的要求 面板是制造相同的一般要求，相同的C/SiC材料和同一進(jìn)程的可預(yù)見的pre x迎風(fēng)面瓦同樣需要。因此，這種需求是從Pre-X TPS系統(tǒng)中派生出來，并從這個中總結(jié)出來。 （1） 尺寸的面板不小于一個為800×400平方毫米的等效氣動表面 （2） 能夠有能力證明制造一個最小角為15度的非矩形傳感模式作為是必要的，在空氣動力流之間的線條和邊緣的帶狀瓦。在圖2中給出了近似幾何 （3） 區(qū)域目標(biāo)質(zhì)量為15Kg平方米，面板本身重量應(yīng)該小于2.3公斤。 （4） 當(dāng)固定在一個代表一個剛性結(jié)構(gòu)，迎風(fēng)面能夠經(jīng)受最嚴(yán)重的熱通量和機(jī)械載荷。可參考熱通量如圖3所示 （5） 進(jìn)化的通量在通用的瓦面派生的比例參考通量。這種進(jìn)化如圖4所示。在這個通量之下，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該保持在低于150度的環(huán)境下。 圖3 圖4 機(jī)械加載指定面板: （1）覆狀瓦的元素在返回大氣層是的內(nèi)外壓力差為100 mbar到-100 mbar. （2）面板平面10 g的加速度和5 g正常飛機(jī)的面板是一樣的。 （3）15 g的動態(tài)載荷做靜態(tài)加速度在面板平面猶如正常飛機(jī)表面10g的加速度。聲頻譜源自阿麗亞娜5 （4）飛行負(fù)載,如采用熱力負(fù)荷和變形的冷結(jié)構(gòu) 4、面板設(shè)計 為了達(dá)到上述要求和考慮到制造過程，設(shè)計平面如圖5和圖6 已經(jīng)確定的加強(qiáng)筋需要考慮三個簡單的機(jī)械的公式。然而，本需要建立九個附著點通過采用有限元熱機(jī)械分析可以獲得。此外，已經(jīng)考慮到兩個相鄰的面板之間的接口設(shè)計。 （1）步驟和間隙的減少，特別是由于相對熱機(jī)械位移 （2）允許集成從外部訪問的能力和拆卸 這導(dǎo)致了一個兩瓦的概念設(shè)計，可以參考圖7 最后，為了增加盡可能多的制造工藝驗證，設(shè)計已經(jīng)取得了進(jìn)展。這就是為什么制造的面板的皮膚由兩個單獨的紡織部分縫合在一起。為這個特定的面板的大小，這是沒有必要的，但較大的部件是需要這些的，這或許很有趣。此外，兩個紡織鏈接技術(shù)被用于組裝加強(qiáng)筋皮膚：編織和縫合。 圖5 圖6 圖7 5。附件系統(tǒng)設(shè)計 為了將面板附加到車輛結(jié)構(gòu)，一種靈活附件系統(tǒng)已被設(shè)計。這系統(tǒng)能夠履行下列職能： （1） 機(jī)械性安裝面板到該結(jié)構(gòu)上 （2） 使擴(kuò)張面板之間的差異結(jié)構(gòu)靈活的對接。 （3） 通過足夠的剛度，防止大的外模線變形。 （4） 參與熱保護(hù)的結(jié)構(gòu) （5） 在不看見的情況系，通過一個小孔安裝和拆卸而又不丟失零件。 （6） 從面板的結(jié)構(gòu)傳遞載荷。 為了滿足這些需求，用對峙的解決方案提供了兩個軸的靈活性特點的問題。然后，這?對峙機(jī)械地固定到結(jié)構(gòu)，同時盡量減少傳熱。這意味著需要熱墊圈部件。由于溫度。零件擴(kuò)大不同時，彈性墊圈允許保持正確的擰緊。為了符合與輔助功能的需求，即使沒有能見度，所有的墊圈是一個系統(tǒng)，固定到其中一個零（面板或?qū)χ藕徒Y(jié)構(gòu)）在裝配前已經(jīng)被設(shè)計好。將所得配置顯示在圖8. 6。面板組件制造 兩個面板在上述設(shè)計的基礎(chǔ)上制造。一個被切斷，在特定的地方進(jìn)行測試，驗證這些特殊性，和進(jìn)一步完善設(shè)計的瓦。第二個保持完整并是目前用于測試。該制造過程說明如下。 開始生產(chǎn)制造的碳纖維碳前體增強(qiáng)執(zhí)行。這執(zhí)行根據(jù)上一層的多層機(jī)織物。可組裝，編織，導(dǎo)致在一個自加筋板。這些面板的成型上的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料模塑的承受至少為所需要的溫度進(jìn)行硬化過程。這允許減少熱模具和零件之間的膨脹系數(shù)不匹配，可以出現(xiàn)金屬模具。這也使增加其低重量的使用的容易性。 然后，由液體的路由將預(yù)成型體硬化。講CVI致密化添加到碳化硅基中，在一個簡單的石墨框架持有的部分。粉碎后，內(nèi)緣翻邊加工和鉆孔的孔，在SiC CVI致密化過程中被再次執(zhí)行。如果有必要，也可以將添加的氧化保護(hù)涂層（圖9） 紅外無損檢測技術(shù)應(yīng)用于檢測任何潛在的缺陷。如圖10所示 除了在局部缺乏的預(yù)成型體的密實，沒有遇到缺陷。雖然略顯不足，整體密度的部分是正確的預(yù)期。 圖8 圖9 壓實效率的改進(jìn)模具和較高的整體密度將實施在未來的生產(chǎn)。 采購的附件系統(tǒng)，基于設(shè)計這里提出上述。絕緣為市售現(xiàn)成的殼二氧化硅/氧化鋁。該在面板周圍的密封件的基礎(chǔ)上填充到二氧化硅/氧化鋁Nextel的封套內(nèi)，并且被專門制造的瓦的幾何形狀。 最后，采購各種試驗所需的金屬支撐結(jié)構(gòu)，為了能夠正確的與測試設(shè)施接口，和其余的代表真正的冷散熱片結(jié)構(gòu)的熱測試，和一個比較剛性的動態(tài)測試。 7。面板的機(jī)械試驗 在面板與其他組件上，一個機(jī)械壓力測試已經(jīng)進(jìn)行了。此測試的目的是驗證下單獨面板的行為代表性加載。靈活的附件是不是包括但被認(rèn)為是一個無限剛性的條件。 為了考慮到測試的具體的有限元預(yù)測已執(zhí)行的測試和系數(shù)為1.3的負(fù)載應(yīng)用程序上被認(rèn)為是必要的，以具有代表性的航班，飛行機(jī)械負(fù)載。 可以預(yù)見校準(zhǔn)到50 mbar時，測試應(yīng)用cability的面板材料，從而作出一個初步的沉降。然后，加載要緩慢，增量上升到130毫巴的壓力差在飛行中的100毫巴代表性。 它會導(dǎo)致的結(jié)論是觀察到的氣流通過的材料孔隙率在校準(zhǔn)過程中，在測試過程中可能達(dá)到130毫巴。泄漏的一個重要部分是從局部缺乏壓實前討論。為未來的面板，因此可以減少這種泄漏。然而，正常的材料的總表面也參與泄漏，由于固有的磁導(dǎo)率的材料。此磁導(dǎo)率有助于減少在飛行中的重入壓力差，因此，它的值的測量可以幫助評價與當(dāng)前的設(shè)計方面的設(shè)計裕度的增加。 后人為間擰緊系統(tǒng)與內(nèi)部增量加載應(yīng)用程序進(jìn)行到130毫巴，100毫巴代表性在飛行中的柔性膜（圖11） 經(jīng)過測試無故障的面板進(jìn)行了觀察。本地?fù)p害被觀察到約90毫巴，這是與前階段進(jìn)行的測試一致。然而，分析是保守的，相比試過程中的全局行為。 測得的位移低于預(yù)測的和測得的應(yīng)變也較低，如圖12和13所示 圖10 圖11 圖12 圖13 例如，預(yù)期這將發(fā)生在約35毫巴的局部損傷，觀察到在90毫巴，和損壞，這是預(yù)計在大約107毫巴，并沒有出現(xiàn)。 此外，測試結(jié)果顯示分析高估在皮膚和角度的變形，甚至非線性行為的材料范圍。檢測后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)期在飛行中的皮膚的最大撓度是不超過3.7毫米的與當(dāng)前的幾何形狀，對應(yīng)于約2％的波度。導(dǎo)致面板皮膚的安全邊際大于0.86。框架角區(qū)域，安全邊際是一個保守的做法，將是積極的。只有附件區(qū)角的小框架局部顯示了一個非常消極的安全邊際：確定后，設(shè)計活動，將需要額外的附著點，如果指定的壓力水平被確認(rèn)。被執(zhí)行的行為的成品評價過程中的熱機(jī)械測試后分析。 8。動態(tài)測試 IABG測試中心在德國已經(jīng)進(jìn)行動態(tài)測試。這些測試都是基于通用瓦的動態(tài)加載，測試活動有以下目標(biāo)： （1）提供信息并沒有在絕緣上的模態(tài)特性的面板組件， 驗證裝配到一個給定的動態(tài)頻譜，組成不同的動態(tài)頻率。加載方向，一方面在z方向上，并在x方向的另一方面 （2）驗證裝配到一個給定的聲譜。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 （學(xué)生填表） 院系： 車輛與動力工程學(xué)院 2013 年 4 月 10 日 課題名稱 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（整體車架、標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)及座椅設(shè)計） 學(xué)生姓名 陳茂昌 專業(yè)班級 車輛094 課題類型 設(shè)計 指導(dǎo)教師 高建平 職 稱 副教授 課題來源 生產(chǎn) 1設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 2010年第一屆中國FSC由中國汽車工程學(xué)會、中國二十所大學(xué)汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團(tuán)——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSC秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠(yuǎn)大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國家FSC賽事的成功經(jīng)驗，打造一個新型的培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師的交流盛會，并成為與國際青年汽車工程師交流的平臺。 目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強(qiáng)國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國已成為中國汽車人的首要目標(biāo)，而人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國目標(biāo)的基礎(chǔ)保障之一完善汽車人才培育機(jī)制，為中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國”的戰(zhàn)略方向邁進(jìn)奠定人才基礎(chǔ)。積極探索有效利用社會資源培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的素質(zhì)教育新體系。 設(shè)計方程式賽車整體車架和安全系統(tǒng)及座椅附件設(shè)計，其主要依據(jù)中國大學(xué)生方程式大賽規(guī)則。眾所周知，車架就是一輛賽車的框架結(jié)構(gòu)，整體車架作為賽車的承載基礎(chǔ)是賽車的主要承載構(gòu)件，其功用是支撐發(fā)動機(jī)、離合器、變速、底盤和車身各主要總成的安裝機(jī)體，同時承受這些總成的重力以及其傳給車架的各種力和力矩。另外車架還應(yīng)該具有足夠的剛度和強(qiáng)度，用以保證車架其具有可靠的壽命和最小的變形量。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，車架還應(yīng)有較小的尺寸和質(zhì)量，以降低整車的質(zhì)量。汽車車架是汽車重要組成部分．它不僅承受著來自路面的各種復(fù)雜載荷，同時也是其他總成部件的安裝集體，因此，了解并掌握車架的設(shè)計，對于以后 走向工作崗位，尤其是設(shè)計等技術(shù)類工作崗位 ，有著非常積極的作用。 2.國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述 車架主要有承載式和非承載式。承載式車架由鋼（較先進(jìn)的是鋁）經(jīng)沖壓、焊接而成，對設(shè)計和生產(chǎn)工藝的要求都很高，這對于資金和加工設(shè)備有限的大學(xué)生方程式賽車來說是不夠現(xiàn)實的，所以我們采用的非承載式車架。國外方程式賽車起步較早，因此車架設(shè)計水平也比較先進(jìn)。在發(fā)達(dá)國家，很多高校已經(jīng)從事方程式賽車設(shè)計超過20年時間，在擁有大量資金和試驗基礎(chǔ)的情況下，他們設(shè)計的車架已經(jīng)基本達(dá)到了專業(yè)水平。例如德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)2011年設(shè)計的賽車車架在滿足比賽規(guī)則的情況下其強(qiáng)度和剛度非常大但是質(zhì)量有十分的輕。又如美國麻省理工大學(xué)2012年設(shè)計的賽車車架已經(jīng)采用復(fù)合材料碳纖維一體式車架，這種車架最大的優(yōu)點就是質(zhì)量非常輕。這些都是國內(nèi)高校賽車設(shè)計難以達(dá)到的。 國內(nèi)一些名牌高校也相繼設(shè)計和制造了方程式賽車去國外參加比賽。湖南大學(xué)致力于Formula SAE 方程式賽車的開發(fā)研制。其車架的設(shè)計采用的是空間桁架結(jié)構(gòu)，材料為20Mn合金鋼。不但保證了車架的強(qiáng)度和剛度，還對車架進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化設(shè)計，使其更加符合要求。湖南大學(xué)Formula SAE車隊在2007年和2008年又相繼研制出了兩輛方程式賽車。其車架的設(shè)計基本延續(xù)了第一代賽車車架的設(shè)計，沒有太大的改變。上海大學(xué)賽車隊的車架設(shè)計也采用的空間桁架式結(jié)構(gòu)，但是材料是20號鋼材，在滿足強(qiáng)度和剛度條件下節(jié)約了大量的成本。并且對車架的全方位進(jìn)行了系統(tǒng)的有限元分析，提高了賽車的安全性。 這次設(shè)計的方程式賽車車架在參考我校前兩代賽車的基礎(chǔ)上，采用的也是空間桁架式車架結(jié)構(gòu)。在車架的選材上為了最大限度的節(jié)約成本，本設(shè)計選用20號鋼材。其優(yōu)點不僅僅是材料價格便宜，最主要是低碳鋼容易加工和焊接，焊接出來的車架也比較結(jié)實耐用。另外，本次設(shè)計的車架在形式和結(jié)構(gòu)上與我校前兩代賽車又有所不同。第一代賽車的車架做出來尺寸較大，導(dǎo)致整車質(zhì)量十分笨重，第二代車架的結(jié)構(gòu)尺寸有太小，使駕駛員操作十分別扭，操作空間有限，受到很大的限制。成型的車架是個帶有坐艙、發(fā)動機(jī)艙和底板的骨架，我們所能看到的光滑的汽車車身則是嵌在骨架上的覆蓋件。將以上兩代的車型進(jìn)行綜合的設(shè)計，對存在的不足進(jìn)行最優(yōu)化修改，這是本次設(shè)計的主要任務(wù)和宗旨。 　　 　　 3.設(shè)計（或研究）的內(nèi)容 根據(jù)大學(xué)生方程式賽車的比賽規(guī)則及大學(xué)生方程式賽車設(shè)計具體參數(shù)要求，設(shè)計確定賽車整體車架、標(biāo)準(zhǔn)安全系統(tǒng)及座椅附件設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)形式，計算確定整體車架的具體尺寸對車架強(qiáng)度等進(jìn)行校核計算，繪制整體車架標(biāo)準(zhǔn)安全系及座椅附件的布置圖及零件圖。 4. 設(shè)計（或研究）方法 （1）調(diào)研，搜集、分析資料，確立并論證方案； （2）參照大賽規(guī)則、機(jī)械設(shè)計手冊及往屆比賽車型參數(shù)，初選賽車車架基本參數(shù)； （3）實物參觀，測量； （4）進(jìn)行車架的方案分析論證，采用邊畫圖邊修改的方式； （5）計算，校核設(shè)計零件，使設(shè)計滿足使用要求； （6）計算機(jī)主要零部件圖紙設(shè)計。 5. 實施計劃 第 5 周： 查閱文獻(xiàn)、收集資料，初定設(shè)計方案； 第 6- 9 周： 設(shè)計方案分析與計算、繪制草圖； 第 10 ~ 12 周： 繪制裝配圖； 第 13 – 1 5周： 繪制零件圖； 第 16 周： 撰寫設(shè)計說明書； 第 1 7周： 互審評閱、答辯。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 研究所（教研室）意見 教研室主任簽字： 年 月 日