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1、分类号 编号烟台大学文经学院毕 业 设 计大学生方程式赛车设计The Formula Student Design申请学位： 院 系： 专 业： 姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 年月日烟台大学文经学院大学生方程式赛车设计姓 名： 导 师： 年月 烟台大学文经学院 摘要 方程式赛车的车架是大学生方程式汽车大赛赛车的重要组成之一，它承载着赛车的发动机、离合器、转向器、非承载车身等绝大部分载荷。方程式赛车的车架强度较高并且质量较轻，而且它还具有很好的稳定性能，方程式赛车车架的材料选用高强度合金钢，并且通过焊接相互连接，这对焊接工艺的要求相对较高，赛车行驶的过程中，赛车车架承受着来自各种工况
2、的载荷冲击，赛车车架的结构强度、刚度和抗疲劳强度等都影响着车架的安全性和可靠性。因而对方程式赛车的车架进行优化改良，改善赛车车架的结构和其综合性能，从而实现赛车的轻量化和本钱的控制。本文通过确定车架的各个尺寸参数，并进行结构强度、刚度以及应变载荷的分析校核来确定其可靠性和安全性，节省材料的消耗，降低车架的重量以满足设计要求，利用三维绘图软件进行建模，绘制实体图形。再通过有限元分析软件 HyperMesh 对车架进行各种工况的应力和应变的分析，包括满载弯曲、扭曲急转弯、紧急制动等，最后再对不合理的地方进行改进，最终获得符合设计要求的方程式赛车车架。关键词 赛车车架；有限元；强度；刚度；改进设计；
3、轻量化Abstract Formula racing car is one of the important components of series college students formula car racing, it carries most of the load， a racing engine, clutch, steering, non bearing body and so on. Formula racing car has high strength and lighter weight, and also has good stability. Formula r
4、acing car used high strength alloy steel material , and the welding is connected to each other. This welding process requires high related car. It is impacted from various conditions while it is running, such as structure strength, stiffness and fatigue strength ,which also affect the safety and rel
5、iability of the frame. So we can control the lightweight and cost by improving the frame and the structure of the formula car and improving its comprehensive performance.This article aims at that by determining various size of parameters and the structural strength, stiffness and load the analysis a
6、nd checking of strain to ensure reliability and safety, saving material consumption, reduce the weight of the frame to meet the design requirements, using three-dimensional drawing software for modeling, rendering graphics entity., And then through the finite element analysis software HyperMesh to f
7、rame for various conditions of stress and strain analysis, including full bending and twisting a sharp turn, emergency braking etc. Finally to improve the unreasonable place and the comply with the design requirements of the racing car.Keywords racing car frame, finite element, strength, stiffness,
8、improved design, lightweight目 录第一章 绪论 .11.1 大学生方程式赛车的研究意义 .11.2 方程式赛车国内外研究的现状 .11.2.1 国内方程式赛车现状 .11.2.2 国外方程式赛车现状 .11.3 车架的研究方法 .2第二章 方程式赛车车架设计要求 .32.1 方程式赛车车架结构设计的基本要求 .32.2 方程式赛车车架的结构设计要求 .32.3 方程式赛车车架结构形式、材料的选择 .3第三章 方程式赛车几何模型的建立 .53.1 车架整体参数 .53.2 车架建模步骤 .5第四章 方程式赛车车架的静力学分析 .164.1 单元选取 .164.2 网格
9、划分 .164.3 车架静态刚度计算和分析 .174.4 方程式赛车车架的扭转刚度理论与评价方法 .184.5 车架的强度计算 .194.5.1 车架满载工况分析 .204.5.2 车架紧急制动工况分析 .214.5.3 车架急转弯工况分析 .224.6 车架的改进 .23结 论 .27参 考 文 献 .28致 谢 .30烟台大学文经学院毕业设计1第一章 绪论1.1 大学生方程式赛车的研究意义大学生方程式汽车大赛是由全国的在校大学生参与的大赛，这给各个参赛队伍提供了一个全国大学生方程式车队的竞技机会，通过比赛来展示各个车队的设计水平和创造能力。大赛对大学生的综合素质进行考察，主要在方程式赛车的
10、设计、制造、沟通、协调、成本的控制、汽车的营销等方面进行考察。按照比赛的要求，大学生需要对整车进行自行设计，其中的部分零部件可以直接购买，但是大部分的部件还需要大学生们自己去制造和装配。大赛对方程式赛车整体设计的限制很少，参赛大学生只需制造一辆能很好通过各个比赛项目的赛车。方程式赛车的科技含量高，速度快，并且这项运动花销很大，但方程式赛车带来的商业价值很高，他特有的魅力被万千的观众所吸引。很多领域新技术、新科技的实践最初都是在方程式赛车上进行的，其中包括无线电通讯技术、空气动力学、电器电工工程等运用的最成功、最多。1.2 方程式赛车国内外研究的现状1.2.1 国内方程式赛车现状在中国汽车的生产
11、、制造和销量虽然是大国，但是在方程式赛车大赛上起步比较晚。2006 年 9 月南台科技大学生在日本参加了方程式赛车大赛。2006 年上海交通大学完成了一辆和赛车相似的的样车。2007 年 6 月湖南大学赛车车队制造了第一辆赛车并且在美国参赛。2010 年 11 月在上海举行首届中国大学生方程式赛车大赛，此次大赛的举办得到了全国企业、高校的广泛支持和参与，并且获得全国 20 个参赛车队的共同竞赛。1.2.2 国外方程式赛车现状1979 年美国休斯顿大学举办了一次 SAE Mini-lndy 赛车比赛，一群汽车工程专业的大学生自行设计、制造并安装，而且参赛学校有 11 所。后来德克萨斯大学 Aus
12、tin 学院的三名学生修改了比赛的规则，保留了赛车的小型化的新原则，所有进口口径为 25.4mm 的四冲程发动机可以使用。大学生方程式赛车兴起于美国并且在欧洲各个国家的大学中很快的流行起烟台大学文经学院毕业设计2来。当今，大学生方程式赛车大赛全球已有十多个国家成功举办。美国在东部、中部、西部一年内举办三次大型赛事，参赛车队多达一百多支。1.3 车架的研究方法整车的设计和研发中，车架是基础，其结构的特性、强度、刚度、震动频率等都会影响整车的性能，例如汽车的动力性、安全性、操控性、共振等等，因此确保车架的结构稳定性尤为重要。1.理论试验法理论试验法是以理论设计计算为基础，按照试验的数据、公式、图表等进行设计。理论试验计算复杂、设计周期长、资金消耗大、受人为因素的影响较大，其设计结果与设计意图偏离较大。2.经验法经验法是以长期的设计经验为依据，通过类比近似的数值来对车架的结构进行设计。经验设计法是凭借设计者长期积累的经验来设计方案，因此设计方案受设计者的影响较大，结果常使车架结构不均衡，材料运用不够合理，动力性不足，车架总质量大。3.有限元法
