中國巴哈大賽賽車總體設(shè)計開題報告

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文 獻 綜 述1.1 BSC 賽事背景及意義Baja 是西班牙文，意思是越野。早在大學(xué)生參與 Baja 之前，這項賽事在美洲大陸已經(jīng)非常流行，而且通常是一次比賽跑 1000 英里（約 1600 公里）。美國 SAE 看到這個項目可以用于學(xué)習(xí)機械工程學(xué)生的教育活動，于是在 1976 年，首次在南加州舉辦了一次 MINI Baja 比賽，賽車和動力比 Baja 車要小很多，造價 5 萬元人民幣左右，發(fā)動機還是統(tǒng)一提供的。當時報名車隊僅有 10 支，參與學(xué)生 90 人。不過，這項運動很快在全美學(xué)汽車的院校中普及，目前，美國 SAE 每年分別要在東部、中部和西部舉辦三站比賽，每站參賽車隊是滿額 100 支，參賽車隊來自全球。 就在去年 8 月，Baja 大賽來到了中國。這項比賽由中國汽車工程學(xué)會發(fā)起，山東濰坊濱海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)聯(lián)合主辦，山東榮和國際賽車場與《汽車之友》雜志社聯(lián)合承辦，賽事全稱為“2015 中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽”（Baja SAE China，簡稱BSC）。首屆比賽共有 33 支車隊報名，其中不乏哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）、廈門理工大學(xué)這樣具有大學(xué)生方程式比賽經(jīng)驗的車隊參加。巴哈大賽是集技術(shù)性、趣味性于一身的賽事，是大學(xué)生方程式汽車大賽的前身，適合職業(yè)院校和大學(xué)低年級學(xué)生參與。比賽要求國內(nèi)各院校參賽學(xué)生團隊在規(guī)定時間內(nèi)，使用同一型號發(fā)動機，依據(jù)規(guī)則設(shè)計制造一輛單座、發(fā)動機中置、后驅(qū)的小型越野車。學(xué)生們通過比賽，可以進一步掌握汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、裝配、調(diào)校維護、市場營銷等多方面的專業(yè)知識技能，提高團隊合作能力。 巴哈賽車構(gòu)造看似簡單，但是賽事具有極為嚴苛的靜態(tài)車檢環(huán)節(jié)。車檢要求賽車寬度不得超過 162 厘米，防滾架的構(gòu)造必須嚴格按照賽事要求設(shè)計，否則一律淘汰。此外，鋼管焊接工藝也有嚴格要求，焊縫以及套筒的長度都必須按照規(guī)定設(shè)計。駕駛艙與發(fā)動機和油箱之間需要安裝防火墻，該防火墻必須覆蓋防滾架下部和上部橫梁區(qū)域。嚴苛的靜態(tài)車檢其目的就是為在動態(tài)比賽中最大程度保障參賽人員的安全。雖然很多開 題 報 告車輛在車檢中暴露出了一些問題，但是車隊經(jīng)過對賽車精心地改造，在動態(tài)比賽前夕，大部分參賽車輛通過了車輛檢測，只有極少數(shù)車輛被淘汰。1.2 BSC 賽事規(guī)則各參賽車隊：為了更有效的做好巴哈大賽組織管理工作，在緊跟國際 Baja SAE 潮流的同時融入本土特色，巴哈大賽規(guī)則委員會結(jié)合 2016 巴哈大賽出現(xiàn)的問題修訂了大賽規(guī)程，現(xiàn)正式發(fā)布。本規(guī)則共分五部分。A 部分介紹了管理規(guī)定，內(nèi)容包括大賽概況、政策、參賽資格和注冊；B 部分介紹了技術(shù)要求，內(nèi)容涉及賽車的設(shè)計和制造的要求以及限制；C 部分介紹了靜態(tài)賽事規(guī)則，內(nèi)容涉及賽車的技術(shù)檢查、賽車設(shè)計、成本與制造分析項目以及商業(yè)營銷簡介等；D 部分介紹了動態(tài)賽事規(guī)則，包括直線加速測試、爬坡或者牽引測試、專項測試、耐力賽測試及競賽流程和規(guī)則等。此版本規(guī)則由中國汽車工程學(xué)會發(fā)布和版權(quán)擁有，只限于 2017 年巴哈賽事定義的活動范圍內(nèi)使用，規(guī)則的解釋和修改權(quán)由巴哈大賽規(guī)則委員會負責(zé)。大賽規(guī)則將根據(jù)賽事活動的開展，不斷完善。請各參賽隊真閱讀本大賽規(guī)則，并確認完全理解、同意遵守本活動規(guī)則。中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽組委會二〇一七年二月六日1.3 BSC 賽車制造標準要求賽事對賽車各系統(tǒng)的材料，結(jié)構(gòu)等都做出了詳細的規(guī)定。但是除了對賽車的安全性有大量詳細的要求以外，比賽規(guī)則整體上比較開放。目的就是為了在充分 保證參賽人員人身安全的前提下，盡可能的為參賽學(xué)生營造一個自由的比賽環(huán)境， 來鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，使更多的原創(chuàng)設(shè)計和多種形式的賽車出現(xiàn)在賽場上。根據(jù)每年比賽所遇到的問題和其他各方面因素的變化和發(fā)展，BSC 賽事規(guī)則委員會每年都會對比賽規(guī)則進行修訂，使比賽規(guī)則更加合理系統(tǒng)。比賽規(guī)則主要分為兩部分，賽車技術(shù)要求和比賽條例。賽車技術(shù)要求的總結(jié)和歸納如下：[1]賽車的車輪不能在一條直線上[2]使用百力通 M20發(fā)動機[3]發(fā)動機不得對進氣以及排氣管進行去材料的調(diào)整[4]不得該表或者修改凸輪軸、曲軸、連桿和飛輪[5]制動燈應(yīng)通過液壓開關(guān)激活，每臺賽車至少有兩個液壓開關(guān)[6]制動系統(tǒng)必須能夠制動全部四個輪[7]賽車必須配有兩個易于操作的切斷開關(guān)，以便關(guān)閉發(fā)動機1.4BSC 賽車分值表巴哈大賽（BSC）分值表賽車設(shè)計項目 150爬坡或牽引 75操控性賽事 75耐力賽事 400總分 700參考文獻：[1]張文春·汽車理論·機械工業(yè)出版社，2007.11，22-4[2]王望予·汽車設(shè)計（第四版）·機械工業(yè)出版社，2009.1，1-50[3]余志生·汽車理論·第五版·北京：機械工業(yè)出版社[M],2009-03[4]張宏慶·孟巖,陳剛等.中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽規(guī)則[M]，2017[5]李栓成·雙橫臂扭桿懸架受力分析及剛度計算·軍事交通學(xué)院學(xué)報，2010,[6]尹偉奇·BSC 賽車懸架設(shè)計·清華大學(xué)汽車工程系·清華大學(xué)物理系[7]鄭中明·基于 ADAMS/CAR 的雙橫臂獨立前懸架建模與仿真.2009.[8]王霄鋒·汽車底盤設(shè)計[M]·北京：清華大學(xué)出版社·2010-04-01[9]李俊玲·汽車工程專業(yè)英語·機械工程出版社.2005.9[10]趙治·基于 ADAMS 的雙橫臂獨立懸架機構(gòu)的運動學(xué)仿真研究·遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009[11]賀 紹 華 ·賽 車 輕 量 化 系 統(tǒng) 方 法 與 車 架 優(yōu) 化 ·廣 東 ： 廣 東 工 業(yè) 大 學(xué) ， 2013. [12]趙 巖 ·節(jié) 能 競 技 車 的 研 發(fā) 與 技 術(shù) 研 究 ·陜 西 ： 長 安 大 學(xué) ， 2009. [13]本 田 技 研 工 業(yè) （ 中 國 ） ·2015屆 Honda 中 國 節(jié) 能 競 技 大 賽 規(guī) 則 （ 燃 油 組 ） [M].上 海 ： 本 田 技 研 工 業(yè) （ 中 國 ） ， 2013： 3-1[14] Thomas D.Gillespie（美）·車輛動力學(xué)基礎(chǔ)·北京：清華大學(xué)出版社[M]，2006-12 [15]The Steering Bible· “Steering System Designs, Suspension System Designs,” http://www.carbibles.com/steering_bible.html, 2013 [16] Milliken, W.F. and Milliken, D.L· Chassis Design Principles and Analysis, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2002.[17] SAE International· “SAE Collegiate Design Series: 2014 Baja SAE Series Rules,” 2014開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1.研究解決的問題本設(shè)計完成一輛單座、發(fā)動機后置、后驅(qū)的小型越野車。本課題要求根據(jù) 2017 年中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽規(guī)則和賽車制造標準要求，對賽車進行總體設(shè)計及優(yōu)化并協(xié)同制作巴哈賽車。總體設(shè)計目標是制造一輛安全可靠、各方面性能均衡、有良好駕駛特性、調(diào)整方便并且足夠快的賽車?？煽啃钥梢源_保測試階段的順利進行，同時可以保證完成在競賽中的所有比賽項目?？烧{(diào)整的特性可以讓賽車適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境和駕駛員。一輛平衡和駕駛特性良好的賽車會讓車手更有信心，這能有效提高所有動態(tài)項目中最快圈數(shù)，這對經(jīng)驗不足的新手特別重要。賽車能夠讓車手在任何行駛的狀態(tài)下有清晰的路感，這可以使駕駛變得容易高效。2.預(yù)期目標對各個汽車參數(shù)進行計算和整理。用 catia 三維軟件設(shè)計并繪制各零部件，并將其裝配成整車三維圖。根據(jù)三維圖加工各個零部件，最后制作一輛符合規(guī)則的巴哈賽車。3.研究方案為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于 BSC 的資料很少的。因此，在設(shè)計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了往屆 BSC 的一些數(shù)據(jù)資料對我的設(shè)計工作起了很大的幫助。在這些文獻綜述中，詳細的介紹了賽車的一般設(shè)計思路，如外形的設(shè)計，具體結(jié)構(gòu)等等，都對我即將所作的設(shè)計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設(shè)計賽車的結(jié)構(gòu)，在軸、齒輪等重要元件的設(shè)計過程中保證其結(jié)構(gòu)的準確性，又對機械設(shè)計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，但還是有很多關(guān)鍵技術(shù)是專利項目，不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。一輛巴哈賽車的基本構(gòu)成包括：車架，懸架，輪轂立柱，剎車系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，座椅、安全帶等安全裝備，發(fā)動機（統(tǒng)一提供），傳動系統(tǒng)賽車底盤設(shè)計完全是圍繞大賽組委會體出的參賽標準，并受賽車車身車架結(jié)構(gòu)、懸架系統(tǒng)、以及制動系統(tǒng)等相關(guān)結(jié)構(gòu)制約下而設(shè)計。除此以外加工能力、生產(chǎn)成本也是必須要考慮的必要因素。本文主要研究以下幾方面的問題：（一）賽車的車身車架結(jié)構(gòu)設(shè)計車架是賽車的重要零部件，車架需要承載發(fā)動機以及附屬件和駕駛員的重量，還需要承載轉(zhuǎn)向力、側(cè)移力和慣性力等。因此它需要足夠的強度，并完善發(fā)動機、傳動系、驅(qū)動系和轉(zhuǎn)向系各系統(tǒng)的布局，確保在各種工況下賽車駕駛員的安全。為了實現(xiàn)以上目標，賽車車架應(yīng)根據(jù)大賽賽車結(jié)構(gòu)規(guī)則、汽車人機工程學(xué)和賽車總布置的要求進行設(shè)計。對賽車車架尺寸要求如下：全高 ≤ 1.8m；軸距≥ 1.0m；全長 ≤3.5m；輪距d≥0.5m；全寬 e≤1.7m；排氣管不能超出車身后面≥10cm。（二）發(fā)動機和傳動1）發(fā)動機是統(tǒng)一提供，使用美國百力通公司（Briggs & Stratto） M20 汽油發(fā)動機，四沖程，風(fēng)冷，最大功率約為 10 馬力。2）傳動系統(tǒng)有著很寬泛的選擇，可以選擇軸傳動，鏈條傳動和皮帶傳動等，而變速箱既可以是 CVT 也可以是齒輪，即可以采購也可以自己制作。（三）轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向?qū)⒂米钤嫉凝X輪齒條設(shè)計，采用斷開式梯形設(shè)計，轉(zhuǎn)向柱用單萬向節(jié)結(jié)構(gòu)；基于回正性和輕便性設(shè)計注銷定位參數(shù)，基于前輪側(cè)滑機理匹配設(shè)計輪胎外傾角和前束角；轉(zhuǎn)向這部分的難點在于轉(zhuǎn)向機的設(shè)計、轉(zhuǎn)向梯度、轉(zhuǎn)向和懸架的幾何結(jié)構(gòu)配合，是車輛在轉(zhuǎn)向幾何中接近阿克曼幾何。（四）制動系制動系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：.盤式制動器總成、制動主缸總成、.制動管路、制動踏板總成、.制動燈總成；在這個過程中主要是計算踏板力設(shè)計踏板和計算所需要的摩擦力設(shè)計剎車盤和對制動主缸、卡鉗進行選型，通過計算分析算出制動力分配的大小，對制動散熱性進行分析。（五）巴哈賽車的成本樣圖（初期設(shè)想）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日