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1、大学生方程式赛车设计（传动及最终传动系统设计）摘 要汽车传动系统的基本功用是将发动机输出的动力传递给驱动车轮，传动系统对整车的动力性和设计中一个重要的组成部分。本文主要研究的是FSAE方程式赛车传动系统的燃油经济性有很大的影响，故传动系统参数的确定是汽车设计，基于我院LS Racing车队三年来的比赛经验和设计理念，对赛车的传动系统进行优化和改造。本赛车选用的是铃木CBRR600四缸发动机，差速器是选用德雷克斯勒限滑差速器（Drexler），根据发动机的特性参数、档位比和差速器的工作原理，选择合适的链传动比，计算链条的参数，设计差速器固定支架，合理的布置整个传动系统。针对传动系统各组成部件，采
2、用ANSYS有限元分析软件对零部件进行强度校核，优化结构使其达到质量轻、强度高的目标。关键字：FSAE，差速器选型，德雷克斯勒限滑差速器，传动系IFormula SAE of china (transmission and final drive system)ABSTRACTThe basic function of auto transmission system is transfer engine power to drive wheels .The transmission system has a great influence in dynamic performance .So
3、 the parameter of drive system is one of the important part in automobile design .The article mainly research is drive system design of FSAE racing car. The car drive system optimization and transformation is based on LS Racing team competition experience and design concept in the past three years .
4、The racing car engine is choose SUZUKI GSX-R600 have four cylinder engine .The differential is choose Drexler limited slip differential. According to the characteristics of the engine parameters, gear ratio and differential working principle ,that choose the right chain transmission ratio, calculati
5、on chain parameters, design the differential fixed bracket, reasonable arrangement of the drive system. Aimed at the transmission system components, use the ANSYS finite element analysis to check intensity of the parts, that optimize structure enables it to achieve light weight, high strength goal.
6、KEY WORD： FSAE, Differential selection, Drexler limited slip differential, the ANSYS finite element analysis30目 录第一章 大赛背景及发展现状11.1 赛事背景11.2 国外情况21.3 国内情况2第二章 绪论42.1 传动系统的组成42.2 传动系统的功能实现42.3 FSAE大学生方程式赛车传动系统的特点52.4 中国大学生方程式汽车大赛（FSC）传动规则和要求62.5 本次传动系统设计任务6第三章 赛车动力总成的选择与布置73.1 整车参数与主要结构73.2 赛车动力性计算93.
7、2.1 主减速比确定93.2.2 赛车驱动力的计算93.3 赛车动力性的验证与优化113.3.1 拟合外特性曲线图113.3.2 驱动力-行驶阻力平衡图123.3.3 发动机功率-行驶阻力功率平衡图123.3.4加速度特性曲线133.3.5 动力因数图143.4 传动方式确定14第四章 动力总成与车架的连接及与驱动轮的传动设计174.1 差速器固定174.2 车轮法兰设计194.3 大小链轮的设计204.3.1 链轮齿数 、 和传动比i的计算与确定204.3.2齿数的选取原则204.3.3 传动比的确定204.3.4 链轮的计算与选取204.4 差速器的设计与选择254.4.1 差速器原理25
8、4.4.2 差速器的分类264.4.3 方程式赛车的差速器结构选择304.4.4 差速器选用说明314.5 万向节的选择314.5.1 万向节的工作原理324.5.2 等速万向节的分类324.6 此次设计选用的万向节类型35参考文献37结束语38第一章 大赛背景及发展现状随着我国汽车工业的崛起，赛车文化日益蓬勃发展，同时为号召十二五时期党中央提出的科技强国口号，在这样一个背景下，2010年首届中国大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场隆重举办。随后的第二届中国大学生方程式汽车大赛的引擎在此轰鸣在上海国际赛车场，规模比前一届扩大将近一倍，吸引了包括一支海外车队慕尼黑工业大学在内的一共34支队伍参加
9、。在此，我选择FSAE赛车动力及传动总成布置设计为我毕业设计的题目，希望通过此次设计优化让我校的赛车驰骋在2012年上海赛车场。1.1 赛事背景Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比 赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。 SAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。第
10、一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周
11、末业余汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车,并要求原型车实际耗资应低于2.5万美元（该规则09年已经取消）。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容。1.2 国外情况目前FSAE在美国，巴西，日本，英国，德国，匈牙利，澳大利亚等国均有比赛。日本在10年前开始举办该项赛事，目前已成为亚洲FSAE顶级比赛，每年吸引包括斯图加特，格拉斯，DUT，RIT等大学车队参加，同时日本本土强队上智大学索
12、菲亚车队也是每年固定参与的强队之一。世界各国前对汇聚在此，彼此交流心得，相互竞争切磋，相互学习，共同提高。第九届日本FSAE盛况如下图：图1-1 2011年第九届日本FSAE大赛1.3 国内情况FSAE中国赛的中文名称为中国大学生方程式汽车大赛，英文名称为Formula Student China（简称FSC），目前已举办两届。两届FSC赛事均在上海国际赛车场举办，在2011年举办的第二届中国大学生方程式汽车大赛中，北京理工大学方程式车队击败了包括慕尼黑工业大学TUfast车队，同济大学方程式车队，湖南大学方程式车队，吉林大学急速车队等强队，蝉联了总冠军。同国外比赛一样，比赛分为动态项目与静态
13、项目两个大项。其中静态项目包括：营销报告（Presentation 75分）、设计报告（Design 150分）、成本分析报告（Cost 100分）；动态项目包括：75米加速（Acceleration 75分）、八字绕环（Skid-Pad 50分）、高速避障（Autocross 150分）、耐久性（Endurance 350分）、燃油经济性（Fuel Economy 50分），总共1000分。第二章 绪论2.1 传动系统的组成汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。它应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能，使汽车具有良好的动力性
14、和燃油经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并使动力传递能格局需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、及半轴等部分。2.2 传动系统的功能实现传动系统的首要任务是与发动机协同工作，以保证汽车在各种行驶条件下正常行驶所必需的驱动力与车速，并使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。为此，任何形式的传动系统都必须具有以下功能。1、实现减速增扭只有当作用在驱动轮上的驱动力足以克服外界对汽车的阻力时，汽车方能起步并正常行驶。假如将发动机与驱动轮之间直接连接，则汽车速度很大，这样高的车速既不实用，又不可能实现（因为相应的驱动力太小，汽车根本无法起步
15、）。为解决这一矛盾，必须使传动系统具有减速增扭的作用，亦既使驱动轮的转速降为发动机转速的若干分之一，相应的驱动轮所得到的扭矩则增大到发动机转矩的若干倍；2、实现汽车变速汽车的使用条件在很大范围内不断变化，这就要求汽车的驱动力和速度也有相当大的变化范围；3、实现汽车倒驶汽车在某些情况下需要倒向行驶；4、必要时中断传动系统的动力传递发动机只能在无负荷情况下启动，而且启动后的转速必须保持在最低稳定转速之上，否则可能会熄火。所以，在汽车起步之前，必须将发动机到驱动轮的动力传递路线切断，以便启动发动机；5、应使两侧驱动车轮具有差速作用差速器使左右两驱动轮可以以不同的角速度旋转。此外，由于发动机、离合器和变速器固定在车架上，而驱动桥和驱动轮一般是通过弹性悬架与车架联系的，因此在汽车行驶过程中，变速器与驱动轮之间常有相对运动。在此情况下，两者之间不能用简单的整体传动轴传动，而应采用由万向节和传动轴组成的万向传动装置。汽车传动系统的组成及其在汽车上的布置形式，取决于发动机的形式和性能、汽车总体结构形式、汽车行驶系统及传动系统本身的结构形式等许多因素。2.3 FSAE大学生方程式赛车传动系统的特点1、FSAE方程式赛车发动机的布置与传动系统的设计F
