車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】

《車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】（80頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 The Graduation Design for Bachelors Degree Optimization Design of Col

2、lege Student Energy Conservation Car on Account of ANSYS Candidate： Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-08 Supervisor：Lecturer. Heilongjiang Institute of Technology 摘 要 大學(xué)生節(jié)能車是由大學(xué)生設(shè)計(jì)的一種競(jìng)技型賽車。在過往比賽中，有很多各式各樣的節(jié)能車出現(xiàn)。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)大學(xué)生節(jié)能車進(jìn)行整車設(shè)計(jì)方案的選擇，對(duì)車身及車架進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)車架進(jìn)行

3、強(qiáng)度校核。借助Pro/E和CATIA三維建模軟件，有限元受力分析軟件ANSYS，對(duì)車身及車架部分進(jìn)行建模分析。進(jìn)行ANSYS有限元分析。首先，借助Pro/E和CATIA三維建模軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的車身、車架及重要的零部件進(jìn)行三維建模，通過Pro/E對(duì)所建的大學(xué)生節(jié)能車零部件模型進(jìn)行大學(xué)生節(jié)能車整車的虛擬裝配，然后通過Pro/E軟件中的分析程序?qū)ρb配后的整車進(jìn)行簡(jiǎn)單的重心、慣性矩，使用CATIA分析程序中的曲率分析程序?qū)?jié)能車車身進(jìn)行曲率分析，用專業(yè)的有限元分析軟件ANSYS對(duì)節(jié)能車車架進(jìn)行靜力學(xué)分析及車架模態(tài)分析，依據(jù)有限元分析結(jié)果進(jìn)行了較為深入的分析研究，并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 全套圖

4、紙，，加153893706 關(guān)鍵字：大學(xué)生節(jié)能車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模；有限元分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化  ABSTRACT Students efficient car is designed by students of a sports-type car. In the past games, there are many kinds of energy-saving cars appear. The design of the main vehicle is for saving for college students the choice of vehicle des

5、ign, the design of the body and frame and frame strength check. With Pro/E and CATIA the three-dimensional modeling software, finite element analysis software ANSYS, part of the car-body and the car-frame modeling and analysis. ANSYS finite element analysis carried out. First, the use of Pro/E and

6、CATIA three-dimensional modeling software designed body, frame and major components for three-dimensional modeling, through the Pro/E on the energy-saving cars built by students for students efficient car parts and components model of vehicle The virtual assembly, then Pro/E software analysis progra

7、m for simple vehicle after assembly center of gravity, moment of inertia, the use of CATIA Analysis Program curvature analysis program for energy-saving vehicle body curvature analysis, finite element with a professional analysis software ANSYS, energy car chassis frame static analysis and modal ana

8、lysis, finite element analysis is based on the results of a more in-depth analysis and study, and propose structural optimization design. Keywords：Students efficient car；Structure design; three-dimensional modeling; Structure optimization; element analysis  目 錄 摘 要 I ABSTRACT II

9、 第1章 緒 論 1 1.1 研究目的及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究?jī)?nèi)容及研究方法 2 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 2 1.3.2 研究方法 3 第2章 節(jié)能車整車設(shè)計(jì)方案 4 2.1節(jié)能車結(jié)構(gòu)分析 4 2.2 車輪配置 4 2.2.1 前一后二 4 2.2.2 前二后二 4 2.2.3 前二后一 5 2.3 車架結(jié)構(gòu) 5 2.3.1 邊梁式車架 6 2.3.2 中梁式車架 6 2.3.3 綜合式車架 7 2.4 轉(zhuǎn)向方案的確定 7 2.4.1中央支撐式 8 2.4.2阿卡曼式（梯形結(jié)構(gòu)） 8 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)布置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案 8

10、 2.5.1發(fā)動(dòng)機(jī)布置方案 8 2.5.2驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案 9 2.6 輪胎選擇 10 2.6.1 20英寸節(jié)能車專用輪 10 2.6.2 20英寸自行車專用胎 10 2.6.3 26英寸管式輪胎 10 2.6.4 12英寸輪胎 11 2.7 車身造型 12 2.8 材料的選取 12 2.8.1 車架材料的選取 12 2.8.2 車身材料的選取 12 2.9 本章小結(jié) 12 第3章 節(jié)能車車架設(shè)計(jì)及校核 13 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 13 3.2 車架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其校核 13 3.3 材料截面尺寸的確定 15 3.4 車架外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.5 車架總體

11、結(jié)構(gòu)布置 15 3.6 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的工作原理 17 3.7 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分析 18 3.8 車身制作工藝分析 18 3.9 車架制作工藝分析 19 3.10 車身與車架連接方式 19 3.11 本章小結(jié) 20 第4章 節(jié)能車三維建模 21 4.1 CATIA車身建模 21 4.1.1 車身建模問題分析： 21 4.2.2 車身建立過程如下： 21 4.2 Pro/E車架建模 29 4.2.1 車架建模問題分析 29 4.2.2 車架建立過程如下 29 4.3 節(jié)能車主要部件建模 38 4.4 節(jié)能車車架裝配 38 4.5 節(jié)能車整車裝配 39 4.6 本章小

12、結(jié) 40 第5章 節(jié)能車性能分析 42 5.1 Pro/E整車裝配干涉檢查 42 5.2 Pro/E節(jié)能車整車質(zhì)量、重心及慣性矩分析 42 5.3 Pro/E與ANSYS的接口建立 44 5.4 車架靜力學(xué)分析 46 5.4.1、將Pro/E的車架模型導(dǎo)入ANSYS中 46 5.4.2 單元類型的設(shè)定 46 5.4.3 車架靜力學(xué)分析結(jié)果 48 5.4.4 車架靜力學(xué)分析結(jié)果分析 50 5.5 車架極限轉(zhuǎn)向分析 50 5.5.1 極限轉(zhuǎn)向分析假設(shè)條件 50 5.5.2 將Pro/E的車架模型導(dǎo)入ANSYS中 50 5.5.3 單元類型的設(shè)定 50 5.5.4 車架極

13、限轉(zhuǎn)向分析結(jié)果 52 5.5.5 車架極限轉(zhuǎn)向狀態(tài)結(jié)論分析 54 5.6車架模態(tài)分析 55 5.6.1 將Pro/E的車架模型導(dǎo)入ANSYS中 55 5.6.2 單元類型的設(shè)定 55 5.6.3 車架模態(tài)分析結(jié)果 56 5.6.4 車架模態(tài)分析結(jié)果分析 60 5.7 有限元結(jié)論分析 60 5.8 車身曲率分析 61 5.9 車身曲率結(jié)果分析 63 5.10 結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施 64 5.11本章小結(jié) 65 結(jié) 論 66 參考文獻(xiàn) 68 致 謝 70 附錄A 71 附錄B 74  第1章 緒 論 1.1 研究目的及意義 隨著汽車的發(fā)展形式

14、和設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)變，節(jié)能汽車與新能源汽車的開發(fā)逐漸并已成為是全世界的課題。而目前在環(huán)保節(jié)能車方面，仍然處于探索階段。環(huán)保節(jié)能車大致可分為：新能源汽車，混合動(dòng)力車及利用新技術(shù)改善汽車的運(yùn)行條件從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車使用者對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的要求。而每年又有大大小小的汽車節(jié)能比賽，使得節(jié)能車漸漸地深入人心。各大汽車廠商每在大型汽車展銷會(huì)上均有節(jié)能概念車發(fā)布，也表明要建設(shè)節(jié)能社會(huì)低碳社會(huì)的決心。減小車重、降低風(fēng)阻、改善發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等技術(shù)，以改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。但由于生產(chǎn)和維修等條件的不足；生產(chǎn)條件和整車材料的技術(shù)要求不成熟，使得很多節(jié)能概念車沒有量產(chǎn)。由日本本田公司發(fā)起的“HONDY”杯大學(xué)生節(jié)能車大賽便是旨在通過比

15、賽提高社會(huì)的節(jié)能和環(huán)保意識(shí)，以推動(dòng)全球車輛節(jié)能技術(shù)的發(fā)展為目的的比賽。由大學(xué)生所設(shè)計(jì)的節(jié)能車，在于以最低的燃油消耗量行駛最長(zhǎng)的里程，不僅標(biāo)志著當(dāng)代大學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)在提升，更是對(duì)節(jié)能車開發(fā)形式的一種探索。隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，也隨之進(jìn)入了一個(gè)以“節(jié)能、環(huán)保、安全”為主題的全新汽車發(fā)展時(shí)期。這不僅順應(yīng)了對(duì)生活環(huán)境條件改善的要求，也符合建設(shè)低碳社會(huì)、低碳生活的原則。地球是我們賴以生存的家園，保護(hù)地球是我們的責(zé)任。在資源緊張、溫室效應(yīng)加劇、極端天氣頻發(fā)的條件下。開發(fā)節(jié)能車已被各國(guó)重視，很多國(guó)家、科研所和大學(xué)投入專項(xiàng)資金用于研發(fā)節(jié)能車。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國(guó)是一個(gè)能源資源相對(duì)缺乏的國(guó)家

16、，隨著當(dāng)前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展, 以及由此帶來的能源消耗和環(huán)境問題的日益突出, 交通節(jié)能減排工作的重要性不斷增加,而汽車節(jié)能減排則又是其中的重要組成部分, 重要性不言而喻。國(guó)家“十一五”規(guī)劃和“十七大”都對(duì)汽車的節(jié)能減排提出了要求，并將發(fā)展新能源汽車、節(jié)能汽車等政府策略逐漸上升為國(guó)家戰(zhàn)略。 考慮到我國(guó)當(dāng)前汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況, 除了推行節(jié)能惠民車型并已著手限制汽車的排量，并已積極推進(jìn)以混合動(dòng)力、燃料電池、先進(jìn)柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的研發(fā)力度，為了響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召及適應(yīng)全球?qū)π履茉雌嚨男枨?，一汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)、長(zhǎng)安汽車以及清華大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)等企業(yè)

17、和高校一直致力于汽車節(jié)能減排技術(shù)的研究。電控燃油噴射系統(tǒng)的普及，進(jìn)、排氣控制技術(shù)、柴油機(jī)電控技術(shù)的應(yīng)用以及電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等的開發(fā)，比亞迪汽車、哈飛汽車、長(zhǎng)安汽車等在陸續(xù)研發(fā)出的電動(dòng)（出租）汽車、混合動(dòng)力車；遼寧曙光汽車也已研發(fā)出電動(dòng)公交車，為我國(guó)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。另一個(gè)推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國(guó)現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀,以及適合大量在用汽車的高性能汽車節(jié)能產(chǎn)品。并通過各種場(chǎng)合及汽車大賽來宣傳新能源車型和節(jié)能車的重要性，用以控制日益增長(zhǎng)的碳排放量。 眾所周知，日本是一個(gè)自然資源極度缺乏的國(guó)家，因此在資源的利用以及新能源的研發(fā)方面都是極其重視并在一些節(jié)

18、能技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，單是汽車產(chǎn)業(yè)，日本汽車就以其良好的經(jīng)濟(jì)性風(fēng)靡全球。本田公司早在20世紀(jì)80年代便開始創(chuàng)辦汽車節(jié)能大賽，已風(fēng)靡各國(guó)；豐田公司又研發(fā)了世界上為數(shù)不多的量產(chǎn)混合動(dòng)力車——普銳斯。同樣在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美，汽車節(jié)能技術(shù)的研發(fā)始終被放在汽車發(fā)展問題的最前沿，如外界廣泛所說的大眾黃金組合“TSI+DSG”技術(shù)。每年在歐美車展上，由歐美各大汽車廠商研發(fā)的新型環(huán)保概念車都有亮相，有些車型也已經(jīng)投產(chǎn)，其中大多數(shù)以電動(dòng)汽車為主，如由美國(guó)通用汽車公司旗下雪佛蘭品牌的科魯茲系列車型已研發(fā)出科魯茲電動(dòng)車。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已開始提倡使用電動(dòng)汽車用以緩解日趨緊張的全球能源供應(yīng)，不僅是新能源汽車，歐

19、美也在大力發(fā)展傳統(tǒng)汽車的節(jié)油技術(shù)，比如寶馬的Valvetronic技術(shù)，與之相同的是日本本田的VTEC和豐田VVT～i，但這些技術(shù)仍未實(shí)現(xiàn)全電子控制，而且通常僅對(duì)進(jìn)氣門的升程和開閉時(shí)刻進(jìn)行控制，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣控制技術(shù)仍有較大的開發(fā)潛力。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)等技術(shù)的研發(fā)，也為傳統(tǒng)汽車的節(jié)油技術(shù)的發(fā)展提供了參考。 1.3研究?jī)?nèi)容及研究方法 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)為全國(guó)大學(xué)生節(jié)能車比賽用車，要求車身長(zhǎng)小于3m，自重小于60kg，乘載1人，駕駛員重量小于40kg，1公升汽油能行駛里程大于300公里，行駛速度大于50km/h，能夠變速，要求零部件材質(zhì)輕，車身外形設(shè)計(jì)要求風(fēng)阻小，流線型好，

20、即節(jié)油又美觀。應(yīng)在詳細(xì)分析節(jié)能車結(jié)構(gòu)形式及工作原理基礎(chǔ)上，完成總體方案的設(shè)計(jì)；利用AutoCAD完成大學(xué)生節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，分析大學(xué)生節(jié)能車制作工藝；利用三維建模軟件Pro/E和CAITA完成大學(xué)生節(jié)能車車架和車身的三維建模，并利用Pro/E進(jìn)行節(jié)能車的虛擬裝配；利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析：主要包括對(duì)車架的靜力分析和模態(tài)分析并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1.3.2 研究方法 通過使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)車身進(jìn)行曲率分析，車架進(jìn)行靜力學(xué)及模態(tài)分析，可以詳細(xì)了解到車身設(shè)計(jì)是否符合要求，方便改進(jìn)車身設(shè)計(jì)的不足。通過ANSYS有限元分析軟件分析對(duì)車架進(jìn)行靜力學(xué)分析可以找出

21、車架設(shè)計(jì)的缺陷，便于改進(jìn)車架。使車身及車架整體性能得倒提升，達(dá)到設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。從而分析出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行改進(jìn)；同時(shí)對(duì)于一些不需要的部件則采取棄用的辦法從而達(dá)到設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。擬采用的技術(shù)流程如下圖1.1所示。 圖1.1 技術(shù)流程  第2章 節(jié)能車整車設(shè)計(jì)方案 2.1節(jié)能車結(jié)構(gòu)分析 大學(xué)生節(jié)能車是由大學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)的一款節(jié)能競(jìng)技的整車。為了使節(jié)能車能夠正常運(yùn)行，要求在配置上要具有整車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，由車輪支撐車體在地面運(yùn)行并由發(fā)動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)車輛并且能夠變速，車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)控制節(jié)能車轉(zhuǎn)向。節(jié)能車同樣需要車身保護(hù)駕駛員，降低節(jié)能車所受阻力。對(duì)于車身要求外形流線、

22、美觀。節(jié)能車在配置及操縱上。在材料的選取上要了考慮到車架及車身的選材的成本及其輕量化。 2.2 車輪配置 2.2.1 前一后二 這種布置形式類似于日常生活中所見到的三輪車。在設(shè)計(jì)制作過程中容易利用自行車部件從而減低了制作難度，節(jié)省制作時(shí)間，而且駕駛構(gòu)造比較簡(jiǎn)單。但行使穩(wěn)定性較差，尤其是轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)定性，會(huì)降低節(jié)能車的行駛安全性。如圖2.1所示。 圖2.1 車輪布置形式前一后二 2.2.2 前二后二 類似于常見的四輪轎車。優(yōu)點(diǎn)為有較好的行駛穩(wěn)定性，但在以節(jié)能為主要目的的競(jìng)技大賽中，這種布置方案的缺點(diǎn)更為突出。 首先，由于接地面積較大，提高了車輛在行駛過程中的行駛阻力。其次，構(gòu)造的

23、復(fù)雜度會(huì)明顯提高，同時(shí)也影響整車的質(zhì)量。如圖2.2所示。 圖2.2 車輪布置形式為前二后二 2.2.3 前二后一 其優(yōu)點(diǎn)為在保證較小的行駛阻力的前提條件下，能夠很好的保證行駛的穩(wěn)定性，從而提高了節(jié)能車的安全性。如圖2.3所示。 圖2.3 車輪布置形式為前二后一 綜合上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，在節(jié)能為主的前提條件下，又要同時(shí)保證良好的操縱性和行駛安全性。因此確定節(jié)能競(jìng)技車的車輪布置形式為前二后一的布置形式。 2.3 車架結(jié)構(gòu) 根據(jù)車輪的配置方案，選取適合的車架材料和結(jié)構(gòu)。 因?yàn)檐嚰苜|(zhì)量的大小在一定程度上影響油耗，而且所選材料以及結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)車輛的安全性有著很大的影響，在

24、車架材料和結(jié)構(gòu)方案的確定過程中應(yīng)同時(shí)考慮到小巧、輕便、結(jié)實(shí)、安全等因素。 車架設(shè)計(jì)要求： 1）具有足夠的強(qiáng)度，保證在比賽期間的任務(wù)工況下，車架的主要零部件不因?yàn)槭芰Χ茐摹? 2）具有足夠的抗彎剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，以免車架上的總成因變形過大而早期損壞或失去正常能力。 3）車架重量要輕，在保證強(qiáng)度、剛度的前提下，車架的自身質(zhì)量，應(yīng)盡可能小，以減小整車整備質(zhì)量。 車架結(jié)構(gòu)形式基本上有三種：邊梁式、中梁式（脊骨式）車架、綜合式車架。 2.3.1 邊梁式車架 由兩根位于兩邊的縱梁及若干根橫梁組成，用鉚接法或焊接法將縱梁與橫梁連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)架。其特點(diǎn)：便于安裝駕駛室、車廂及一些特種裝備和布置

25、其他總成，有利于改裝變 型車和發(fā)展多品種汽車上。如圖2.4所示。 圖2.4 邊梁式車架 2.3.2 中梁式車架 只有一根位于中央貫穿前后的縱梁，故稱為脊骨式車架。這種結(jié)構(gòu)的車架有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，使車輪有較大空間。其優(yōu)點(diǎn)：車輪有加大的運(yùn)動(dòng)空間，便于采用獨(dú)立懸架，可提高汽車的越野性與同噸位貨車相比，其車架較輕，減少了整車質(zhì)量；同時(shí)重心較低，因此行駛穩(wěn)定性好；車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動(dòng)軸的防塵套作用。但這種車架的制作工藝復(fù)雜，精度要求高，給保養(yǎng)和修理帶來諸多不便。如圖2.5所示。 圖2.5 中梁式車架 2.3.3 綜合式車架 又稱復(fù)合式車架。他同時(shí)具有中梁式和邊梁式

26、車架的特點(diǎn)。車架的前后部均近似邊梁式結(jié)構(gòu)，而中部采用脊梁式結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)使中部抗扭剛度大，地板高度低，但地板中間往往形成大鼓包，影響乘坐舒適性，加工工藝復(fù)雜，應(yīng)用不廣泛。 由于節(jié)能車載荷小，行駛路面狀況較好，因此車架選用邊梁式整體結(jié)構(gòu)。由于車架內(nèi)部要有一定的容積，便要求車架本身結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜，采用邊梁式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約大量的空間。在承受扭矩時(shí)，縱梁和橫梁同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，避免應(yīng)力集中。如圖2.6所示。 圖2.6 綜合式車架 2.4 轉(zhuǎn)向方案的確定 考慮到車輛的結(jié)構(gòu)形式并結(jié)合所設(shè)計(jì)車輛的特殊性及比賽場(chǎng)地因素。常見節(jié)能車轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)如下。 2.4.1中央支撐式 這種結(jié)構(gòu)形式很簡(jiǎn)單，它是以整

27、個(gè)車軸作為轉(zhuǎn)向裝置，車架也可以設(shè)置的較低。但要使左右車輪完全平行進(jìn)行的定位調(diào)整很難，在轉(zhuǎn)小彎時(shí)，車軸會(huì)發(fā)生很大的移動(dòng)。雖然結(jié)構(gòu)形式制作方面較為簡(jiǎn)單，但在實(shí)際駕駛操作方面明顯存在弊端。如圖2.7所示。 圖2.7 中央支撐式 2.4.2阿卡曼式（梯形結(jié)構(gòu)） 這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但與前輪定位的調(diào)整較為輕松，即使大幅度轉(zhuǎn)方向盤，車輪也不會(huì)大幅度前后移動(dòng)。其中兩轉(zhuǎn)向臂的角度理想的情況應(yīng)該保證兩前輪中心易與后輪中心連接成線，為降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜程度，同時(shí)又能保證具有足夠的轉(zhuǎn)向能力。如圖2.8所示。 圖2.8 梯形結(jié)構(gòu) 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)布置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案 2.5.1發(fā)動(dòng)機(jī)布置方案 發(fā)動(dòng)機(jī)

28、常用布置方式有三種：前置式發(fā)動(dòng)機(jī)、后置式發(fā)動(dòng)機(jī)、中置式發(fā)動(dòng)機(jī)。在節(jié)能車上所采用的常為后置式發(fā)動(dòng)機(jī)。前置式發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車身設(shè)計(jì)要求有所提高，將使駕駛員座位高度升高，不利于降低風(fēng)阻系數(shù)及造型美觀。也會(huì)使前軸載荷增大，不利于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置，也會(huì)影響車輛行駛穩(wěn)定性。中置式發(fā)動(dòng)機(jī)亦然。由于后輪為驅(qū)動(dòng)輪，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系時(shí)會(huì)影響整車車重。后置式發(fā)動(dòng)機(jī)便于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置，使底盤降低，有利于減小迎風(fēng)面積，有效降低風(fēng)阻，且駕駛員視野開闊。便于后輪的動(dòng)力輸出。 2.5.2驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方案 1、軸驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn)為傳動(dòng)效率較高，缺點(diǎn)為由于采用后一輪的車輪布置方式，因此會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心偏離車輛的中心線。如圖2.9所示

29、 圖2.9 軸驅(qū)動(dòng) 2、鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)效率沒有軸傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高，由于摩托車本身采用鏈傳動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)和制造過程中更加容易實(shí)現(xiàn)。如圖2.10所示 圖2.10 鏈驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)方法的確定由于在發(fā)動(dòng)機(jī)方面沒有進(jìn)行較大的改造，因此采用了較為保守的鏈傳動(dòng)形式，基本借鑒與摩托車的傳動(dòng)形式。由于輪胎確定為前二后一的布置形式，如果采用前驅(qū)的方案將會(huì)使設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜程度增加，所以決定采取后驅(qū)的驅(qū)動(dòng)形式。一方面后一輪驅(qū)動(dòng)不用涉及差速器等方面的考慮，另一方面也前兩輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也會(huì)簡(jiǎn)便許多，同時(shí)也達(dá)到了減小整車質(zhì)量的目的。為了降低節(jié)能車車重，選擇鏈傳動(dòng)。能夠省去布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳動(dòng)系（萬向節(jié)類的）。

30、變速機(jī)構(gòu)擬采用摩托車式變速方法，即通過手柄的旋轉(zhuǎn)控制界氣門開度達(dá)到變速作用。 節(jié)能車由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出動(dòng)力經(jīng)由變速機(jī)構(gòu)到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)外部的主動(dòng)鏈輪，接著由傳動(dòng)鏈傳動(dòng)從動(dòng)鏈輪，最后通過分離式離合器到達(dá)驅(qū)動(dòng)車輪。 2.6 輪胎選擇 在設(shè)計(jì)過程中，輪胎的選取也是十分重要的環(huán)節(jié)。輪胎不但影響著車輛在行駛中的滾動(dòng)阻力，還影響著車輛在行駛中穩(wěn)定性，因此在選取過程中要注意行駛阻力和行駛穩(wěn)定性的均衡。在過往的比賽中，輪胎的種類基本分為一下幾類。 2.6.1 20英寸節(jié)能車專用輪 20英寸節(jié)能車專用輪是由德國(guó)大陸集團(tuán)馬牌輪胎提供的專業(yè)低滾動(dòng)阻力輪胎，如圖2.11所示。 圖2.11 20英寸節(jié)能車專

31、用輪 2.6.2 20英寸自行車專用胎 采用自行車輪胎是要注意的一點(diǎn)為自行車在行駛過程中車輪和車軸是不受側(cè)向力作用的，但是在節(jié)能車的結(jié)構(gòu)形式中，車輪和車軸是要受到側(cè)向力作用的。因此所選的車輪的車軸必須要有足夠的強(qiáng)度。如圖2.12所示。 圖2.12 20英寸自行車專用胎 2.6.3 26英寸管式輪胎 車輪直徑選取過大會(huì)造成側(cè)向力作用在車軸上的力臂加大，所以在選取較大致敬的車胎時(shí)應(yīng)注意保證車軸的強(qiáng)度。如圖2.13所示。 圖2.13 26英寸管式輪胎 2.6.4 12英寸輪胎 選取直徑較小的輪胎可以在一定程度上減小空氣阻力。如圖2.14所示； 圖2.14 12英寸

32、輪胎 綜合考慮以上幾種輪胎形式，最終采用20英寸的自行車專用胎。考慮到降低滾動(dòng)阻力的同時(shí)保證足夠的附著系數(shù)，三個(gè)輪胎均使用高氣壓輪胎，目的在于減小接地面積。后輪采用較寬的車胎其主要原因?yàn)轵?qū)動(dòng)方案定為后輪驅(qū)動(dòng)，保證獲取足夠的驅(qū)動(dòng)力。 當(dāng)車輪在地面上滾動(dòng)時(shí)，地面的出現(xiàn)使流場(chǎng)發(fā)生變化，升力變成正值，并且由于尾渦相對(duì)較大，阻力也更大。從車輪完全暴露在氣流中的一級(jí)方程式賽車上測(cè)出的氣動(dòng)阻力來看，其中車輪阻力越占高達(dá)45%的比重。由此可見，為了使車身制作簡(jiǎn)單，將兩前輪暴露在外，但是做增大了空氣阻力，故采用擾流板將車輪中輻條覆蓋或在設(shè)計(jì)車身時(shí)將車輪與后輪一樣完全包裹起來。修飾完成的輪胎如圖2.15所示

33、 圖2.15 修飾完成后的輪胎 2.7 車身造型 車身設(shè)計(jì)，應(yīng)以流線型設(shè)計(jì)，降低風(fēng)阻系數(shù)，以追求更低的空氣阻力。為了最大限度地降低車身內(nèi)循環(huán)阻力，把車身底部除了后車輪部分之外完全包裹起來，形成了一個(gè)整體式車身。這樣做還有一個(gè)好處就是，在駕駛競(jìng)技車輛行駛時(shí)，駕駛室內(nèi)不會(huì)進(jìn)入太多的灰塵，為駕駛員營(yíng)造了一個(gè)較為干凈的駕駛環(huán)境。由于車輪布置在車身外，也影響了節(jié)能車的空氣阻力系數(shù)。為了追求更低的空氣阻力系數(shù)，整個(gè)車身采用流線型設(shè)計(jì)，在尾部采用稍微上翹式結(jié)構(gòu)。 2.8 材料的選取 2.8.1 車架材料的選取 考慮到材料的選取要考慮到制作成本和安全性，所以可考慮得車架材料是鋼材和鋁材。如表2.

34、1所示； 表2.1 材料優(yōu)點(diǎn)對(duì)比 材料優(yōu)點(diǎn)對(duì)比 碳鋼的優(yōu)點(diǎn) 鋁材的優(yōu)點(diǎn) （1）價(jià)格低廉 （1）密度比鋼小 （2）材料加工方便 （2）材料加工也較為方便 綜上所述，在成本一定的前提下。為降低制作成本，應(yīng)選用碳鋼。 2.8.2 車身材料的選取 車身的材料可用帆布、木板、玻璃鋼等。其主要原因?yàn)槌尚拖鄬?duì)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)度足夠的條件下重量上也有一定的優(yōu)勢(shì)。玻璃鋼的密度只有碳鋼的1/4～1/5，但拉伸強(qiáng)度卻接近，強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相媲美。 2.9 本章小結(jié) 本章節(jié)敘述了對(duì)于節(jié)能車整車部分的選擇方式。從綜合設(shè)計(jì)角度上考慮，將輪胎設(shè)置為前一后二形式；選擇車架時(shí)采用邊梁式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約

35、大量空間，并且可以降低車重，在車架選擇方式上為邊梁式車架最好選擇；轉(zhuǎn)向方式上為提高車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性要選擇阿卡曼式；傳動(dòng)的方式選擇為鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)的噪音也很??；車輪的選擇為20英寸自行車專用胎即可滿足設(shè)計(jì)要求。  第3章 節(jié)能車車架設(shè)計(jì)及校核 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 車身長(zhǎng)小于3m，可以得出車架由于要求車身長(zhǎng)度小于3m，節(jié)能車車架即是車身骨架，，車架長(zhǎng)度也應(yīng)小于3m。該節(jié)能車車身結(jié)構(gòu)緊湊。要求車架能夠承受總質(zhì)量小于100kg。并乘載1人，駕駛員重量小于50kg，在預(yù)留給發(fā)動(dòng)機(jī)及其它部件的重量估算為50kg。如在設(shè)計(jì)中材料強(qiáng)度滿足要求，則可以適當(dāng)?shù)奶砑釉考? 3.2 車架設(shè)

36、計(jì)結(jié)構(gòu)及其校核 對(duì)于車架的計(jì)算校核一般有三種計(jì)算方法可以遵循: （1）運(yùn)用復(fù)雜的有限元法對(duì)車架進(jìn)行計(jì)算； （2）依據(jù)材料力學(xué)、工程力學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)公式； （3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)車架進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由于節(jié)能車為參加節(jié)能大賽而特別研制，車架本身就是車身骨架，要支撐賽車上的幾乎所有部件：比如要容納駕駛員，放置發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池及駕駛員座椅；要固定車身；車輪直接安放在車架上。這和轎車及貨車車架有些不同。而表明了該節(jié)能車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性。 由于車架采用邊梁式，所以車架設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。但需做一下假設(shè)，便可將車架視為簡(jiǎn)支梁。 1）梁為支撐在前后軸上大的簡(jiǎn)支梁； 2）整車的載質(zhì)量均加在簡(jiǎn)支梁上； 3）所

37、有載荷均通過截面的型心。 因此節(jié)能車車架可以簡(jiǎn)化為如圖3-1所指示為簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)化模型 圖3.1 簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)化模型 在計(jì)算車架時(shí)視其為簡(jiǎn)支梁。計(jì)算其彎曲強(qiáng)度即是材料的彎曲強(qiáng)度。C、F點(diǎn)為車輪安裝位置，在這兩點(diǎn)均有FC和FF車輪給車架的反力。令發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量為25Kg，駕駛員質(zhì)量50Kg。由于車架可視為簡(jiǎn)支梁，因此可以視乘員和發(fā)動(dòng)機(jī)的集中載荷轉(zhuǎn)變?yōu)樵诹荷暇驾d荷，以方便計(jì)算校核。如圖3.2所示。 圖3.2 車架載荷的分布 乘員分布載荷q1=353.63N/M，發(fā)動(dòng)機(jī)分布載荷q2=816.67N/M 由圖3.2可知AB=0.2m,BC=0.59m,CD=0.8m,DE=0.3m,EF=0.3

38、m 由材料力學(xué)可知： 以F為支點(diǎn)有FCCD+DE+EF=12q1lBD2+12q2lDE2（3.1） 以C為支點(diǎn)有FFCD+DE+EF=12q1lBC2+12q1lCD2+12q2lDE2（3.2） 由（3.1）、（3.2）可解得：FC=207.27N,FF=151.04N。 計(jì)算可得車架彎矩圖，如圖3.3。 圖3.3 車架彎矩 由圖3-3可知，梁上最大彎矩Mmax=211.46N?M，考慮到節(jié)能車在行駛過程中受動(dòng)載荷時(shí)的最大彎矩可在最大靜彎矩前乘以動(dòng)載荷系數(shù)k，由于節(jié)能車在比賽中行駛路況較好，故取k=1.5，此動(dòng)載荷系數(shù)考慮了實(shí)際行駛過程中遇到的路障的載荷增值。因此動(dòng)載荷下

39、的最大彎矩Mmax=394.5N?M。 3.3 材料截面尺寸的確定 由于縱梁在長(zhǎng)度方向上截面尺寸無變化，所以在最大彎矩處其彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值δmax。在選材校核時(shí)，需校核其抗拉強(qiáng)度是否在許用范圍內(nèi)。 設(shè)方管橫截面積s，45鋼δb= 600MPa δb=Pbs=315Mpa，s=1.905mm2。則材料所選擇的方鋼其截面積大于1.905mm2的材料均符合強(qiáng)度要求。 3.4 車架外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車架在做校核時(shí)是經(jīng)過合理簡(jiǎn)化的，在設(shè)計(jì)上要對(duì)車架進(jìn)行相應(yīng)的細(xì)化。車架即為車身骨架，要支撐賽車上的幾乎所有部件：比如要容納駕駛員，放置發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池及駕駛員座椅；要固定車身；車輪通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置在車

40、架上。 車架造型的簡(jiǎn)練可以使得整車結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)緊湊的形式會(huì)使整車質(zhì)量降低，但也會(huì)產(chǎn)生造成質(zhì)量集中使得整車應(yīng)力集中。發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置在車架的后部、同時(shí)還需安裝車輪及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所以車架后部還需承載車輪，及安裝動(dòng)力傳動(dòng)部件、控制部件的質(zhì)量。還要預(yù)留出一定的寬度空間，以方便安裝。 所以要考慮到安裝的條件。車架上還要布有控制的線。稍復(fù)雜的還要安裝有行車電腦等高級(jí)裝備，所以材料型材的選擇要考慮到布線的要求及條件。因此，車架外形輪廓如圖3.4所示。 圖3.4 車架外形輪廓 3.5 車架總體結(jié)構(gòu)布置 在確定使用邊梁式車架后，首先將軸距進(jìn)行了確定，并估算出發(fā)動(dòng)機(jī)及駕駛員的布置位置以便求出它們對(duì)車

41、架的均布載荷。在確定車架支撐符合條件后，對(duì)于車架內(nèi)部所擁有的橫梁及其它輔助安裝設(shè)施便都基于車架。 安裝時(shí)要考慮對(duì)車內(nèi)駕駛員的舒適度。為方便駕駛員乘坐，車架橫向的設(shè)計(jì)也要考慮到駕駛員乘坐的舒適性，輪距的寬度為駕駛員提供了容身活動(dòng)的空間。車架前端部分要求安裝有車地板，為分散駕駛員質(zhì)量避免造成集中受力，故在駕駛員乘坐區(qū)分別布置3個(gè)橫梁。駕駛員在駕乘車輛的時(shí)候，要在駕駛員后面安裝有駕駛員靠背，雖靠背材料好選擇，但在節(jié)能車架上添加了駕駛員靠背安裝斜梁。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到方便支撐方式的設(shè)計(jì)，在車架上焊上一根橫梁，這根橫梁同時(shí)也會(huì)對(duì)車架的穩(wěn)定性起到作用，同樣在立面上加裝一個(gè)梁，可以增強(qiáng)車架的強(qiáng)度及抗扭曲能力

42、。 發(fā)動(dòng)機(jī)及必要的重要機(jī)械部件均安裝于車架后段，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮機(jī)械部件有故障率的存在，因此對(duì)于節(jié)能車車架后段的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式。模塊化的設(shè)計(jì)是針對(duì)節(jié)能車車架本身相對(duì)而言的。在該模塊框架上可以起到安裝或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)起到輔助支撐作用，提供安裝必要節(jié)能車機(jī)械部件提供一個(gè)平臺(tái)。例如安放蓄電池、部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。車架后部安裝機(jī)械部件的方式可使車輛重心向后移動(dòng)，盡量保證裝配后節(jié)能車車輛的重心在軸距中心處為最佳，便可提高車輛的穩(wěn)定性。為了方便車架后部輔助安裝模塊的拆卸，對(duì)于車架后部的設(shè)計(jì)也要考慮到對(duì)輔助模塊的安裝拆卸的影響，因此在車架后部設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)車架輔助模塊部分的安裝進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮，在車架縱梁的后段上布

43、置方鋼橫梁及角鋼上橫梁。位于車架主干縱梁末端的方鋼，方便焊接后面的縱梁部分。角鋼橫梁，焊接在車架最后部分的橫梁上，它不僅能提高整車后部分的抗彎曲能力，同時(shí)方便輔助安裝模塊的安裝使用。 綜上所述，節(jié)能車車架整體設(shè)計(jì)方案為在車架采用邊梁式結(jié)構(gòu)，在車架邊梁上布置有8根橫梁，立梁的布置遵循使用處布置原則。車架設(shè)計(jì)總體方案即車架主視圖如圖3.5所示、車架內(nèi)部設(shè)計(jì)圖即車架俯視圖如圖3.6所示。 圖3.5 車架主視圖 圖3.6 車架俯視圖 3.6 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的工作原理 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用的是阿卡曼式，又稱梯形結(jié)構(gòu)。它的工作原理是前兩個(gè)車輪的連接線與后一車輪連接線在連接起來后可以看在車輛的轉(zhuǎn)向梯形

44、內(nèi)，由轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)汽車的車輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。兩軸車在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足車輪在轉(zhuǎn)向時(shí)作純滾動(dòng)，轉(zhuǎn)向梯形應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的理想轉(zhuǎn)角關(guān)系。如圖3.7所示。 圖3.7 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上用于固定轉(zhuǎn)向拉桿的螺栓呈三角形布置。位于中間位置的螺栓固定在車架上，剩余上方兩個(gè)螺栓分別用于固定轉(zhuǎn)向拉桿。如圖3.8所示。 圖3.8 轉(zhuǎn)向螺栓布置形式 3.7 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分析 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，操作轉(zhuǎn)向手柄進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，由于轉(zhuǎn)向手柄與轉(zhuǎn)向短桿的連接處位于轉(zhuǎn)向手柄中心偏上處，如圖3.9所示。 圖3.9 轉(zhuǎn)向短

45、桿與轉(zhuǎn)向手柄連接方式 轉(zhuǎn)向手柄轉(zhuǎn)向處位于轉(zhuǎn)向手柄縱向截面的中心。因此轉(zhuǎn)向手柄在轉(zhuǎn)向時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向短桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向長(zhǎng)拉桿運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)車輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。利用CAD旋轉(zhuǎn)功能，可知轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向最大角度為14，如圖3.10所示。 圖3.10 轉(zhuǎn)向最大角度 3.8 車身制作工藝分析 車身材料的選取在以往包括國(guó)外的節(jié)能競(jìng)技大賽上可謂是五花八門，參賽選手選取各種各樣的材料來制作自己的車身，在盡可能地降低空氣阻力的同時(shí)也展現(xiàn)了各參賽隊(duì)的想象力和工藝制作水平。 玻璃鋼的生產(chǎn)制作方法基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成

46、型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。 先制作出車身外形模版再利用手糊制作工藝方法，則多采用手糊成型法。手糊工藝屬于開放式模塑的一種。其制程是在模具涂上脫模劑，接著噴上改善部件外觀的膠衣。當(dāng)膠衣發(fā)粘后，用手工把玻璃纖維貼到模內(nèi)，再通過澆注、刷或噴射把內(nèi)含有固化劑的樹脂加入進(jìn)去。樹脂通過滾壓或壓擠排除空氣進(jìn)入纖維內(nèi)，確保完全的浸潤(rùn)和浸透。由制作流程可以看出，為了使車身外表面盡量光滑平整．在制作過程中進(jìn)行了二次倒模。先利用石膏或油泥等材料按設(shè)計(jì)圖紙1：1的比例制作陽模，然后利用玻璃鋼制作陰模．最后再次利用玻璃鋼翻制成品，并進(jìn)行表面處理和噴漆，最終制成車身成品。流程如

47、圖3.11所示。 圖3.11 車身制作流程圖 3.9 車架制作工藝分析 由于車架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分聯(lián)接形式為焊接形式。在節(jié)能車運(yùn)行過程中所承受的彎矩和扭矩也不大。車架采用鋼管，其制作成為車體方式很多。鋼管選用焊接方鋼，尺寸分別為20mm、30mm、40mm。角鋼尺寸選擇為30mm。車架各鋼管之間連接方式均采用焊接方式。 3.10 車身與車架連接方式 這建造節(jié)能車時(shí)，由于采用車身與車架分開建立，所以車身需要與車架相聯(lián)接使其成為一個(gè)整體。車身與車架的連接方式可以分為內(nèi)部連接和外部連接。 3.10.1 內(nèi)部連接 即車身安裝在車架上后，通過車身內(nèi)部建立制作出與車架相聯(lián)接的部分。安裝后，

48、駕駛員由車身開口處進(jìn)入節(jié)能車內(nèi)部進(jìn)行對(duì)節(jié)能車的操控。內(nèi)部通過螺紋螺栓方式與車架進(jìn)行聯(lián)接，該連接方式能夠使車身與車架很好的相聯(lián)，但由于車身有供駕駛員出入節(jié)能車的開口。在連接處會(huì)有縫隙，將影響車身的流體性能。 3.10.2 外部連接 制作時(shí)將車身作為一個(gè)整體進(jìn)行制作，在對(duì)節(jié)能車進(jìn)行組裝時(shí)，駕駛員預(yù)先進(jìn)入節(jié)能車內(nèi)部，然后由車身外隊(duì)友協(xié)助駕駛員將車身與車架進(jìn)行相聯(lián)。此種方式為利用粘扣、卡扣和凸臺(tái)等與車架相應(yīng)部位連接而達(dá)到車身與車架相連接的目的。但是由于此種連接方式位于車架外部，且對(duì)車身車架的制作工藝要求較高。在制作工藝不好的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)車身與車架的固定偏差，會(huì)影響到車身與車架的穩(wěn)定性。 3

49、.11 本章小結(jié) 本章敘述了節(jié)能車車架的相關(guān)問題，并對(duì)節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核。在計(jì)算結(jié)果中得出結(jié)論當(dāng)鋼材的截面積大于1.905mm2時(shí)，車架所用材料可以滿足對(duì)強(qiáng)度的基本需求。鑒于車架的設(shè)計(jì)要考慮車架上相關(guān)部件的安裝，在對(duì)車架設(shè)計(jì)的過程中也要考慮到車架上相關(guān)部件與車架的安裝、連接方式。在車架上，設(shè)計(jì)安裝部件所需要的最少卻最有效的輔助支撐梁，這也是降低車重的一個(gè)方法。  第4章 節(jié)能車三維建模 CATIA是由法國(guó)Dassault公司開發(fā)并由IBM公司負(fù)責(zé)銷CAD/CAM/CAE/PDM集成化應(yīng)用系統(tǒng)，并在世界CAD/CAM/CAE軟件中處于領(lǐng)先地位。CATIA起源于航空工業(yè)，現(xiàn)

50、已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船等行業(yè)。Pro Engineer簡(jiǎn)稱Pro/E，它是由美國(guó)PTC公司開發(fā)的一款計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)軟件，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、模具、家電、工業(yè)造型等行業(yè)并為用戶提供了一整套從設(shè)計(jì)到制造的完整的解決方案，在業(yè)界享有很高的聲譽(yù) 4.1 CATIA車身建模 4.1.1 車身建模問題分析： 建模思路：利用CATIA軟件中創(chuàng)程式造型設(shè)計(jì)及汽車A級(jí)曲面造型技術(shù)綜合設(shè)計(jì)。 （1）在空間中建立創(chuàng)造標(biāo)準(zhǔn)面所需要的基準(zhǔn)點(diǎn) （2）再各基準(zhǔn)點(diǎn)由基準(zhǔn)線做好聯(lián)接 （3）將基準(zhǔn)線建立后，將出現(xiàn)由各基準(zhǔn)線環(huán)繞組成的基準(zhǔn)面 （4）在建立基準(zhǔn)面時(shí)，為突出曲面的流線。對(duì)于各

51、點(diǎn)及車身曲率所經(jīng)過必要的點(diǎn)也需要建立 （5）建立基準(zhǔn)面是圍繞基準(zhǔn)線出現(xiàn)的，所以應(yīng)用的是CATIA中填充曲面的命令 （6）在填充曲面的同時(shí)設(shè)定出所建立曲面時(shí)需要經(jīng)過的點(diǎn) 4.2.2 車身建立過程如下： （1）建立車身建模時(shí)所需必要的點(diǎn)，首先做出車身前半部分最關(guān)鍵的點(diǎn)，分別為車身前部的四個(gè)點(diǎn)，如圖4.1所示； 圖4.1 車身前部關(guān)鍵點(diǎn)建立 （2）用直線將關(guān)鍵點(diǎn)連接起來，如圖4.2所示； 圖4.2 將關(guān)鍵點(diǎn)用直線相連 （3）建造車身曲面線框，利用樣條曲線命令，對(duì)曲面進(jìn)行外形邊框進(jìn)行造型，如圖4.3所示； 圖4.3 建造車身初始曲面線框 （4）利用拉伸功能，拉

52、伸出一個(gè)面，這樣車身前端的曲面便生成了。如圖4.4所示； 圖4.4 拉伸成車身前部分曲面 （5）對(duì)于車身的建模，要考慮到與車架的連接。在設(shè)計(jì)時(shí)，車身與車架的連接方式是卡扣。這樣方便車身與車架隨時(shí)拆合，如圖4.5所示； 圖4.5 建立車身與車架相連固定點(diǎn) （6）另外一點(diǎn)定義在曲線上，如圖4.6所示； 圖4.6 建立車身與車架相連固定點(diǎn) （7）用直線將這兩個(gè)線也連到一起，如圖4.7所示 圖4.7 直線連接點(diǎn) 圖5-7 （8）隨即對(duì)這條線進(jìn)行拉伸，在裝配時(shí)，拉伸出的這個(gè)面與車架前面的上表面進(jìn)行裝配，如圖4.8所示； 圖4.8 拉伸成安裝面 （9）同樣要對(duì)車

53、身其它的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行建立，方便對(duì)車身建模的及曲面的細(xì)化，對(duì)于兩端有相同的點(diǎn)，依然可以使用鏡像功能，分別如圖4.9所示； 圖4.9 建立車身前部其余關(guān)鍵點(diǎn) （10）分別用直線將部分關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行連接，連接后效果如圖4.10所示； 圖4.10 用直線連接上部關(guān)鍵點(diǎn) （11）利用創(chuàng)程式造型設(shè)計(jì)中填充曲面，選擇一個(gè)曲面邊框?qū)吙騼?nèi)進(jìn)行曲面填充，如圖4.11所示； 圖4.11 生成前部曲面 （12）陸續(xù)對(duì)節(jié)能車上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行建立，如圖4.12所示； 圖4.12 建立車身上部點(diǎn) （13）再將部分關(guān)鍵點(diǎn)用直線連接，圍成一個(gè)封閉的空間，如圖4.13所示； 圖4.13 直線連接點(diǎn)

54、 （14）利用創(chuàng)程式造型設(shè)計(jì)中填充曲面，選擇一個(gè)曲面邊框?qū)吙騼?nèi)進(jìn)行曲面填充，如圖4.14所示； 圖4.14 生成車身頂面 （15）連接另外兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如圖4.15所示； 圖4.15 直線連接點(diǎn) （16）利用創(chuàng)程式造型設(shè)計(jì)中填充曲面，選擇一個(gè)曲面邊框?qū)吙騼?nèi)進(jìn)行曲面填充，如圖4.16所示； 圖4.16 生成車身前部下面 （17）與其相對(duì)稱的面做法相同，在完成后，為了使車身外形更加美觀，使用創(chuàng)程式外形設(shè)計(jì)中樣式曲面，并對(duì)車身造型進(jìn)行美化，生成車身上的圓角。如圖4.17所示； 圖4.17 對(duì)車身連接處進(jìn)行曲面造型 （18）車身后半部分的建模方法與前面相同，同樣需

55、要建立一些主要的點(diǎn)，這些點(diǎn)組成了節(jié)能車后半部分底部的主要底部外圍輪廓，如圖4.18所示 圖4.18 車身后部主要點(diǎn)的建立 （19）在建立車身后半部分的基礎(chǔ)點(diǎn)后，用直線將這些點(diǎn)有序的進(jìn)行連接，如圖4.19所示； 圖4.19 直線將車身后部點(diǎn)連接 （20）其中為了體現(xiàn)節(jié)能車車身的流線型，對(duì)于節(jié)能車后半部分的造型采用建立基準(zhǔn)點(diǎn)，用樣條曲線進(jìn)行連接，在連接后，便會(huì)生成車身后半部分的車身曲線。如圖4.20所示。 。 圖4.20 進(jìn)行車尾頂部造型 （21）在有所連接點(diǎn)形成的線將圍成一個(gè)封閉的空間，同樣利用創(chuàng)程式造型設(shè)計(jì)中填充曲面的功能，便會(huì)生成由這些線所圍成的面，在這些面生成后，節(jié)能車的

56、外形便也成形的，如圖4.21所示； 圖4.21 生成車身后半部面 （22）節(jié)能車車身曲面建模至此建模完畢，如圖4.22所示； 圖4.22 車身造型三視圖 4.2 Pro/E車架建模 車架是節(jié)能車的主要承載部件，在工作中它不僅要支撐整車重量，而且還要承受地面?zhèn)鱽淼闹畏戳?、張緊緩沖力和工作載荷等作用。車架在保證節(jié)能競(jìng)技車使用可靠性方面起著十分重要的作用，節(jié)能競(jìng)技車的操縱的平穩(wěn)性、駕駛的安全性都和車架結(jié)構(gòu)密不可分。在設(shè)計(jì)時(shí)除考慮車架強(qiáng)度外，最主要的就是追求車架的輕量化。同時(shí)考慮到車輛行駛時(shí)環(huán)境的特殊性。路況單一，而省去了懸架部分。 4.2.1 車架建模問題分析 （1）車架采

57、用邊梁式車架，又由于車架的主要結(jié)構(gòu)材料是現(xiàn)成的鋼材，所以所建立的草繪圖應(yīng)是符合標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)圖； （2）筆直的梁可以通過Pro/E中的拉伸命令來實(shí)現(xiàn)； （3）對(duì)于中心對(duì)稱的梁，可以將梁的草繪平面定義在中心，在通過向兩個(gè)方向的拉伸也可實(shí)現(xiàn)； （4）對(duì)于出現(xiàn)角度的梁通過Pro/E中的掃掠伸出項(xiàng)或通過建立基準(zhǔn)面定義基準(zhǔn)面的內(nèi)部草繪； （5）后梁在設(shè)計(jì)時(shí)要高出地面一定高度，做為聯(lián)接前車架與后支撐梁的聯(lián)接，可以通過建立基準(zhǔn)面在面內(nèi)進(jìn)行掃掠伸出項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)； （6）在建造對(duì)稱的模型上，可以先將一面的部分進(jìn)行建模；再將其進(jìn)行對(duì)稱。 4.2.2 車架建立過程如下 （1）使用拉伸命令在Front面定義草

58、繪，繪制出兩邊梁，如圖4.23所示；定義其拉伸長(zhǎng)度為1720。 圖4.23 建立車身前底部縱梁 （2）使用拉伸命令在Top面定義草繪，繪制出節(jié)能車最前端的兩根梁，如圖4.24所示；定義其拉伸長(zhǎng)度為180。 圖4.24 建立車身前部豎梁 （3）使用拉伸命令在Right面定義草繪，繪制出節(jié)能車最前端的上梁，此梁兼與車身進(jìn)行固定，其固定方式為市面上普通的卡扣，定義其拉伸至所選擇面，紅色的面即是所選擇的面，如圖4.25所示。 圖4.25 建立車身前部橫梁 （4）使用拉伸命令，點(diǎn)擊底面定義內(nèi)部草繪，在車架的低梁上繪制出，支撐用于安裝轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及布線用的豎梁，如圖4.26。在草圖繪制

59、完成后，將其拉伸長(zhǎng)度定義為224。 圖4.26 車架中間豎梁 （5）用于安裝轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及布線用的橫梁，由于需要開槽，所以建立需要兩步。首先在中間平面建立草繪，隨后在選擇拉伸方向時(shí)便要進(jìn)行設(shè)置，如圖4.27所示。對(duì)兩個(gè)方向的拉伸長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)置，由于在中間對(duì)稱面建模且總長(zhǎng)度為786，故分別設(shè)置拉伸長(zhǎng)度為393。 圖4.27建立支撐橫梁 （6）對(duì)車身上最高的梁進(jìn)行建模。它的高度決定了整車的高度。在草圖繪制完成后如圖5-34，需對(duì)其進(jìn)行定義拉伸長(zhǎng)度，拉伸長(zhǎng)度定為690。如圖4.28所示。 圖4.28 車架最高豎梁 （7）對(duì)最高的梁進(jìn)行定義內(nèi)部草繪，草繪時(shí)應(yīng)注意將其繪制在梁的內(nèi)部，如

60、圖4.29所示；這樣的繪制會(huì)避免梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在繪制完成后，選擇拉伸至所選平面。紅色的面即是所選擇要拉伸到的平面。如圖4.30所示。 圖4.29 車身最高橫梁草繪 圖4.30 生成車身最高橫梁 （8）根據(jù)車架后半部支撐的方式及位置，決定在定義內(nèi)部草繪時(shí)，如圖4.31所示，應(yīng)以車架最外側(cè)做為基準(zhǔn)面，在草繪完成后，定義拉伸長(zhǎng)度650。 圖4.31 車身后部發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁 （7）由于車架出發(fā)生變形，并且前后軸都有載荷施加。在設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的固定位置也與車架有關(guān)。為減小車架變形，在車架中間加一根輔助的梁。定義草繪在車架最長(zhǎng)豎梁下端，如圖4.32

61、所示。定義拉伸至指定曲面。如圖4.33所示。 圖4.32 車架穩(wěn)固梁 圖4.33 生成車架穩(wěn)固梁 （8）在繪制地板支撐梁的時(shí)候，由于這幾根梁都安裝在車架的底部，由底部焊接從而連接在車架上。又因?yàn)槠溟L(zhǎng)度的中點(diǎn)在建模的中心面上，故可以使用中間定義內(nèi)部草繪，如圖4.34所示；向兩個(gè)方向進(jìn)行拉伸。 圖4.34 車架支撐地板梁 （9）為提高駕駛員的乘坐舒適性，故在節(jié)能車架上添加了駕駛員靠背安裝斜梁。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到方便支撐方式的設(shè)計(jì)，在車架上焊上一根橫梁，這根橫梁同時(shí)也會(huì)對(duì)車架的穩(wěn)定性起到作用。定義草繪面在車架縱梁的內(nèi)部面，如圖4.35所示；之后

62、定義拉伸長(zhǎng)度至指定曲面，圖中顯示紅色的面即是所選中要拉伸至的曲面，如圖4.36所示。 圖4.35車架靠背支撐梁的安裝梁草繪 圖4.36 生成車架靠背支撐梁的安裝梁 （10）定義草繪面在車架縱梁的內(nèi)部面，如圖4.37所示；之后定義拉伸長(zhǎng)度至指定曲面，圖中顯示紅色的面即是所選中要拉伸至的曲面，如圖4.38所示。 圖4.37 車架穩(wěn)定梁草繪 圖4.38 生成車架穩(wěn)定梁 （11）由于車架是邊梁式的，為了方便安裝及固定后車輪，后輪傳動(dòng)裝置。則在車架建立的后段建立較高的縱梁，在建立后段上升的梁需要建立起后段的縱梁。為了方便建立

63、后段的縱梁，依據(jù)二維圖的尺寸，需要在后段縱梁的終點(diǎn)處建立一個(gè)基準(zhǔn)面。以Front面為基準(zhǔn)面，向車架方向偏移2250。如圖4.39所示。 圖4.39 建立基準(zhǔn)面 （12）在新建的基準(zhǔn)面上進(jìn)行草繪，繪制后段縱梁的二維草圖，如圖4.40所示；往車身方向進(jìn)行拉伸，定義拉伸長(zhǎng)度為325； 圖4.40 建立車架后縱梁 （13）為方便建立駕駛員靠背安裝支撐臂，需要建立基準(zhǔn)面，依據(jù)二維圖示尺寸，便可以計(jì)算出需要偏移的尺寸。定義偏移尺寸是143.5 ，命名為DIM2。如圖4.41所示； 圖4.41 生成靠背安裝支撐臂的基準(zhǔn)面 （14）建立駕駛員靠背安裝支撐臂，由于支撐臂與車架呈一定角度。

64、便使用掃掠伸出項(xiàng)進(jìn)行繪制。在菜單欄中選擇插入/掃描/伸出項(xiàng)，定義在新建的DIM2基準(zhǔn)面上進(jìn)行對(duì)草繪軌跡的繪制，如圖4.42所示。在屬性里選擇合并端，這樣在結(jié)合處就會(huì)結(jié)合的十分完美，如圖4.43所示。在截面中進(jìn)行支撐臂的草圖繪制，如圖4.44； 圖4.42 軌跡草繪 圖4.43 選擇屬性 圖4.44 草繪掃描的面 （15）對(duì)于另一側(cè)的駕駛員靠背安裝支撐臂，因?yàn)樗菍?duì)稱的，所以利用鏡像即可。選擇需要做鏡像的梁，以中間Right平面做鏡像面。然后進(jìn)行鏡像，變得出第二個(gè)駕駛員靠背安裝支撐臂。如圖4.45所示； 圖4.45 選擇中間面進(jìn)行鏡像生成第二個(gè)靠背安裝支撐

65、臂 （16）為了建立車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁，需要對(duì)Right面進(jìn)行偏移，將偏移的面定義為DIM3，如圖4.46所示； 圖4.46 建立車架后斜支撐梁的基準(zhǔn)面 （17）建立車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁，由車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁與車架呈一定角度。在菜單欄中選擇插入/掃描/伸出項(xiàng)，定義在新建的DIM3基準(zhǔn)面上進(jìn)行對(duì)草繪軌跡的繪制，如圖4.47所示。在屬性里選擇合并端，如圖4.48所示。在截面中進(jìn)行支撐臂的草圖繪制，如圖4.49所示； 圖4.47 軌跡草繪 圖4.48 選擇屬性 圖4.49 草繪掃描的面 （18）對(duì)于另一側(cè)

66、的車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁，因?yàn)樗菍?duì)稱的，所以利用鏡像即可。選擇需要做鏡像的梁，以中間Right平面做鏡像面。然后進(jìn)行鏡像，便可生成第二個(gè)車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁。如圖4.50所示； 圖4.50 鏡像建立車架后斜支撐梁 （19）車底板的安裝需要固定，同時(shí)也需要在車架上鉆出螺紋孔。如圖4.51所示； 圖4.51 建立車底板的安裝孔 （20）在安裝車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)時(shí)，車架也有安裝孔。如圖4.52所示； 圖4.52 建立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝孔 （21）建立輔助安裝模塊的安裝支撐梁，如圖4.53所示。 圖4.53建立輔助安裝模塊安裝支撐梁 （22）安裝輔助模塊車底橫梁固定孔，如圖4.54所示。 圖4.54 建立安裝輔助模塊車底橫梁固定孔 （23）在建立駕駛員靠背安裝孔前，要建立輔助基準(zhǔn)面，再在基準(zhǔn)面上進(jìn)行繪制，再生成安裝孔。如圖4.55所示。 圖4.55 建立基準(zhǔn)面 （24）以上步驟便完成了對(duì)車架的建模。車架建模完成的形狀，如圖4.56所示。 圖4.56 車架圖 4.3 節(jié)能車主要部件建模 節(jié)能車是由很多部件組成的。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、車