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SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 趙清濤 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程 07-11班 指導教師姓名 李涵武 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 RL7050H0總布置設計 一、設計（論文）目的、意義 設計的小型汽車為一種乘用車，亦可易于比賽和娛樂休閑。 本課題的選擇充分考慮了研究課題對汽車車輛工程專業(yè)學生學習和工作的指導作用，對本課題的研究能夠使學生了解專用汽車改裝設計方法，通過本課題的研究學生可以完成理論課程的實踐總結，獲得一定的工程設計工作方法。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 進行一種微型乘用車的總體設計；面向單件生產(chǎn)； 設計內容包括：整車總體參數(shù)的確定，總體方案的選擇與分析，主要總成的計算選擇和步驟，運動校核分析，整車性能的分析。 要求： (1) 技術指標滿足“FSAE”要求； (2) 不進行總成部件的詳細設計； (3) 未詳述指標和要求按“汽車設計”。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 全部圖紙均要求計算機繪圖；合計圖量A0 3張； 提交設計說明書1份，字數(shù)大于1.5萬字；符合規(guī)范要求； 四、設計（論文）進度安排 1、調研、資料收集，完成開題報告 第1、2周 2、方案設計與分析 第3周 3、總體參數(shù)的選定 第4周 4、整車各總成的布置 第5、6周 5、運動校核 第7周 6、期中檢查 設計修正（一） 第8周 7、完成設計圖紙 第9、10周 8、整車性能計算分析；整車設計修正（二）；第11周 9、完成畢業(yè)設計說明書 第12周 10、提交指導教師審核、設計修正（三） 第13、14周、 11、設計評閱、設計修正（四） 第15周、第16周 12、畢業(yè)設計答辯 第17周 五、主要參考資料 1、 期刊類：道路與公路類，筑路機械或工程機械類，交通工程類，有關大學學報等（五年內）。 2、 科技圖書和教材：機械設計類、制圖類、及相關專業(yè)書； 推薦：徐達.專用汽車結構與設計.北京：北京理工大學出版社； 3、 設計手冊：機械設計手冊等； 4、 網(wǎng)絡資源：檢索關鍵詞：自卸汽車，專用汽車改裝設計等； 其它：相關產(chǎn)品廣告，參觀有關產(chǎn)品展覽會。 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 RL7050H0總布置設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 07-11班 學生姓名： 趙清濤 指導教師： 李涵武 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Layout Design of RL7050H0 Candidate：Zhao Qingtao Specialty：Vehicle Engeering Class： 07-11 Supervisor：Associate Prof. Li Hanwu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 趙清濤 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-11班 指導教師姓名 李涵武 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 RL7050H0總布置設計 一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 1、研究現(xiàn)狀 近年來，汽車技術突飛猛進，方程式賽車也逐步被大多數(shù)人所了解，F(xiàn)ormula SAE，是由各國SAE，即汽車工程師協(xié)會舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個月以內的本科生或研究生舉辦的一項學生方程式賽車比賽，要求在一年的時間內制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年由7個國家（美國、英國、澳大利亞、日本、意大利、德國及巴西）舉辦的9場賽事所組成，并有數(shù)百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 SAE方程式（Formula SAE）系列賽源于1978年。第一次比賽于1979年在美國波斯頓舉行，13支隊伍中有11支完賽。當時的規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車。SAE方程式（Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構思、設計與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。為給車隊最大的設計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設計方面將會限制很少。賽前車隊通常用8至12個月組的時間設計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學代表隊的比較中，賽事給了車隊證明和展示其創(chuàng)造力和工程技術能力的機會。 2009年中國國產(chǎn)汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬輛和1364.48萬輛，首次成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國。汽車從中國人眼中的奢侈品到代步工具，到躍居世界汽車產(chǎn)銷量第一的頭把交椅，中國只用了短短十年時間?；仡櫴陙碇袊嚬I(yè)的突飛猛進，一浪高過一浪的市場消費力，驅使中國一躍成為全球最大的汽車消費大國，而非真正意義上的汽車產(chǎn)業(yè)強國。中國汽車工業(yè)一直是在借鑒和應用，國外汽車一百多年來成熟的技術和制造工藝一路走來，而缺乏自主創(chuàng)新研發(fā)新技術的能力和人才培育。 中國大學生方程式汽車大賽（以下簡稱"FSAE"）是中國汽車工程學會及其合作會員單位，在學習和總結美、日、德等國家相關經(jīng)驗的基礎上，結合中國國情，精心打造的一項全新賽事。我國從2006年起開始組建FSAE車隊。湖南大學、上海交通大學、廈門理工大學與同濟大學自2007年至2009年共參加了在美國和日本舉辦的4場FSAE賽事，獲得了多個單項獎及新秀獎。為搭建國內優(yōu)秀汽車人才的選拔平臺，培養(yǎng)和提高汽車專業(yè)學生的綜合素質，2010年第一屆中國FSAE由中國汽車工程學會、中國二十所大學汽車院系、國內領先的汽車傳媒集團——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSAE秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎，吸收借鑒其他國家FSAE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)領導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。中國FSAE致力于為國內優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，F(xiàn)SAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設計理念，還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目，通過全方位考核，提高學生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜合素質，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行長期的人才積蓄，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進。 2、目的、依據(jù)和意義 汽車總布置設計是新車型開發(fā)的第一道工序，而新車型總體方案的確定是總布置設計的第一步。首先通過充分準備和綜合分析，選擇一個合理的整車方案，并經(jīng)過一定的程序將其定下來。方案確定后，進行準確布置和計算，并為各總成下一步開展的工作打好基礎、準備條件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設計，共同實現(xiàn)整車的總目標。一種新車型的投產(chǎn)，除產(chǎn)品開發(fā)過程外，還要做大量的生產(chǎn)準備工作，如投入資金設備廠房、人員及制定一整套相關工藝等。這些都是為了保證整車能夠穩(wěn)定的大量的投入生產(chǎn)，并確保其整車性能和質量能被客戶接受，所以整車總體方案和全部設計內容，也直接決定著工廠的投入。因此，總布置工作——方案選擇、布置、和計算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。做好整車設計工作，必須做好以下兩點：第一、要能準確地分析市場形勢、了解客戶的心理狀態(tài)、車輛使用特點，熟悉工廠的生產(chǎn)條件，以便真正確定出合理的整車方案；第二、要有獨立工作的能力。因為方案確定后，實現(xiàn)該方案的所有布置、計算及整車的開發(fā)工作，基本上是由一個人來完成，所以要求設計者工作不應該有任何失誤，否則會造成反工和浪費，甚至失掉搶占市場的機會。因此要求設計者必須具有嚴謹、認真、細致、負責的精神，在整個開發(fā)過程中能協(xié)調和解決各方面問題和矛盾，使設計產(chǎn)品質量達到設計要求?？偛贾霉ぷ麟m然以完成全部圖紙及技術文件資料來標志著階段性的結束，但還應該進行整車裝配圖的校核工作，即利用已完成的全部圖紙或三維數(shù)模進行全面的細致的整車裝置的圖面及運動校核，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使設計中存在的問題消除在試制和試裝車之前。總布置設計在整車開發(fā)的過程中，占有非常重要的位置，必須認真做好這項工作。 目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強國已成為中國汽車人的首要目標，而人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強國目標的基礎保障之一。 　 此次對大學生方程式賽車的總體布置進行設計，其目的主要有： 　　一是重點培養(yǎng)學生的設計、成本控制能力和團隊溝通協(xié)作能力，使學生能夠盡快適應企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺； 　　二是通過設計交流創(chuàng)造學術競爭氛圍，為師生之間、同學之間提供良好的交流平臺，進而推動學科建設的提升； 　 汽車總體布置設計是新車型開發(fā)的第一道工序，其在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學生的綜合素質，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,對增進產(chǎn)、學、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。 毫無疑問，對于對汽車的了解僅限于書本和個人駕乘體驗的大學生而言，能夠獨立的完成一輛純粹的高性能的賽車的總體布置設計，是一段非常富有挑戰(zhàn)的過程，同時也是一段受益頗豐的過程。在天馬行空的幻想、大腦一片空白的開始、興奮的初步設計、激烈的爭執(zhí)、無可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，設計者能獲得的不僅僅是CATIA、UG、ANSYS等軟件的熟練運用以及對焊接、定位、機加工等技術特征的掌握,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實踐經(jīng)驗。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內容 （1）FSAE賽車總體結構的特點與分析； （2）分析賽車車架的特點，進行FSAE賽車車架的設計，分析其優(yōu)缺點； （3）總成部件（發(fā)動機、變速器、轉向機構、制動系統(tǒng)、懸架等機構）的選擇、設計以及優(yōu)缺點的分析； （4）整車布置后的各總成部件的運動校核； （5）整車性能分析，包括燃油經(jīng)濟性、動力性能、制動性能、安全性能等； （6）撰寫設計說明書，繪制整車二維裝配圖以及零部件結構圖。 2、擬解決的主要問題 （1）對FSAE賽車車架的設計； （2）對發(fā)動機、變速器、轉向機構、制動系統(tǒng)、懸架等機構的匹配及設計； （3）各總成部件的改進及校核； （4）整車性能的分析，包括燃油經(jīng)濟性、動力性能、制動性能、安全性能等。 三、技術路線（研究方法） 總布置設計的準備 整車型式的選擇 初步確定主要“目標參數(shù)” 尺寸參數(shù)、質量參數(shù)的確定 各相關總成匹配布置 初步繪制整車總布置圖繪制 整車性能分析 運動校核 各總成的布置 總布置設計修正 撰寫設計說明書，繪制二維整車總布置圖繪制 形成研究成果 1.市場調查 2.制定設計目標 1.發(fā)動機類型 2.駕駛室形式 3.輪胎的選擇 1.主要目標參數(shù) 2.發(fā)動機的最大功率及轉速 3.發(fā)動機的最大扭矩及轉速 4.傳動系速比 1.車身總布置設計 2.發(fā)動機總布置設計 3.轉向節(jié)、車輪總成和前制動器總成布置設計 1.發(fā)動機以及傳動系布置 2.駕駛室布置 3.懸架布置 4.車架總成外形以及橫梁布置 5.轉向系布置 6.制動系布置 7.進、排氣系統(tǒng)的布置 8.操縱系統(tǒng)的布置 N N Y Y 四、進度安排 1、調研、資料收集，完成開題報告 第1、2周（2月28日～3月13日） 2、方案設計與分析 第3周（3月13日～3月20日） 3、總體參數(shù)的選定 第4周（3月20日～3月27日） 4、整車各總成的布置 第5、6周（3月27日～4月10日） 5、運動校核 第7周（4月10日～4月17日） 6、期中檢查 設計修正（一） 第8周（4月17日～4月24日） 7、完成設計圖紙 第9、10周 （4月24日～5月8日） 8、整車性能計算分析；整車設計修正（二）；第11周（5月8日～5月15日） 9、完成畢業(yè)設計說明書 第12周（5月15日～5月22日） 10、提交指導教師審核、設計修正（三） 第13、14周（5月22日～6月5日） 11、設計評閱、設計修正（四） 第15周、第16周（6月5日～6月19日） 12、畢業(yè)設計答辯 第17周（6月19日～6月24日） 五、參考文獻 [1] 勾治踐,鮑明全. 基于ADAMS/VIEW的雙橫臂式獨立懸架機構運動學分析 [J]. 機械設計與制造, 2007, (8) _3 . 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[34]Chieh Chen．Lateral Control of Commercial Heavy Vehicles．Vehicle System Dynamics．2002．3． [35]Richard Swift．Flexible Body Contact for Modeling Squeal in Braking Systems．MDI North American IJsers Conference．2002． 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目:RL7050H0總布置設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-11 學 生 姓 名: 趙清濤 導 師 姓 名: 李涵武 開 題 時 間: 2011年2月28日 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 RL7050H0總布置設計是在中國大學生方程式汽車大賽的基礎上進行的。首先通過充分準備和綜合分析，選擇一個合理的整車方案，并經(jīng)過一定的程序將其定下來。方案確定后，進行準確布置和計算，并為各總成下一步開展的工作打好基礎、準備條件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設計，共同實現(xiàn)整車的總目標。 汽車總布置設計參考同類車型有關數(shù)據(jù)作為借鑒，重新選定各總成部件，重新布置。提出汽車的長、寬、高、軸距等控制尺寸，軸荷的分布范圍以及動力總成、散熱器、前后懸架、傳動軸與車輪等輪廓尺寸和位置，初步確定新車型的設計硬點。從而保證所設計的汽車不僅在預定的使用條件下具有良好的使用性能、重量輕、壽命長、結構簡單、使用方便、效率高、經(jīng)濟性好，制造簡單，便于維修?？偛贾迷O計在整車開發(fā)過程中起到非常重要的作用。 關鍵詞：總布置設計；方程式賽車；總成匹配；車型；控制尺寸 ABSTRACT RL7050H0 Layout Design Formula cars in the Chinese university students on the basis of competition. First, through the full preparation and comprehensive analysis of vehicle to select a reasonable solution, and after certain procedures to be laid down. Plan was finalized, the exact layout and calculation, and the next step for the assembly to lay the foundation work in preparation for the conditions, request and coordination with the professional group to complete all of the design together to achieve the overall objective of the vehicle. General layout of car design reference data as a reference on similar models, re-selected parts of the assembly, re-arranged. Proposed vehicle length, width, height, wheelbase and other control dimensions, axle load distribution range and power train, radiator, front and rear suspension, drive shafts and wheels outline size and location of initial hard to determine the design of new models point. Designed to ensure the car is not only the intended conditions of use with good performance, light weight, long life, simple structure, onvenient operation, high efficiency, good economy, manufacturing is simple and easy maintenance. Layout design in the vehicle development process play a very important role. Key words：The layout design；Formula car；Assembly matching；Models；Control dimensions II 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 FSAE方程式研究現(xiàn)狀 1 1.2 FSAE方程式目的、依據(jù)和意義 2 第2章 總布置設計準備及整車型式選擇 4 2.1 總布置設計的準備 4 2.1.1 市場調研 4 2.1.2 樣車分析 5 2.1.3 制定設計目標 6 2.2 整車型式的選擇 6 2.2.1 發(fā)動機的種類和布置型式 6 2.2.2 駕駛室的型式 8 2.2.3 輪胎的選型 10 2.2.4 轉向機構型式的選擇 11 2.2.5 制動器型式的選擇 13 2.2.6 懸架布置形式 16 2.2.7 差速器型式的選擇 18 2.3 本章小結 20 第3章 新車型主要目標參數(shù)的初步確定 21 3.1 幾個主要“目標參數(shù)”的確定 21 3.2 發(fā)動機最大功率及其轉速 21 3.3 發(fā)動機最大扭矩及其轉速 22 3.4 傳動系速比的選擇 22 3.4.1 最小傳動比的選擇 23 3.4.2 最大傳動比的選擇 24 3.4.3 變速器檔位數(shù)的選擇 25 3.5 本章小結 25 第4章 尺寸參數(shù)與質量參數(shù)的初步確定 26 4.1 轎車的級別與載荷確定 26 4.2 轎車主要參數(shù)的確定 26 4.2.1 駕駛員單元 26 4.2.2 整車外形尺寸的確定 29 4.3 本章小結 30 第5章 各總成的匹配及總布置圖繪制 31 5.1 各相關總成的匹配 31 5.1.1 車身總布置設計 31 5.1.2 發(fā)動機總布置設計 31 5.1.3 轉向節(jié)、車輪總成與前制動器總成的布置設計 31 5.2 整車總布置圖繪制 32 5.2.1 整車布置的基準線 32 5.2.2 總布置圖繪制的基本原則 33 5.3 本章小結 33 第6章 主要總成的布置及其硬點概述 34 6.1 各總成的布置 34 6.1.1 發(fā)動機及傳動系的布置 34 6.1.2 駕駛室及懸架的布置 35 6.1.3 車架總成外形及轉向系的布置 36 6.1.4 制動系及進、排氣系統(tǒng)的布置 36 6.2主要總成硬點概述 37 6.2.1 整車設計基準 37 6.2.2 總體設計方案及主要硬點 37 6.3 本章小結 41 第7章 運動校核 42 7.1 輪胎運動校核 42 7.2 轉向傳動裝置與懸架共同工作校核 42 7.3 制動力匹配校核 42 7.3.1 制動力匹配基本理論公式 42 7.3.2 RL7050H0賽車制動力匹配校核 43 7.4 本章小結 45 結論 46 參考文獻 47 致謝 49 附錄A 50 附錄B 70 第1章 緒 論 1.1 FSAE方程式研究現(xiàn)狀 近年來，汽車技術突飛猛進，方程式賽車也逐步被大多數(shù)人所了解，F(xiàn)ormula SAE，是由各國SAE，即汽車工程師協(xié)會舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個月以內的本科生或研究生舉辦的一項學生方程式賽車比賽，要求在一年的時間內制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年由7個國家（美國、英國、澳大利亞、日本、意大利、德國及巴西）舉辦的9場賽事所組成，并有數(shù)百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會。 SAE方程式（Formula SAE）系列賽源于1978年。第一次比賽于1979年在美國波斯頓舉行，13支隊伍中有11支完賽。當時的規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車。SAE方程式（Formula SAE）系列賽將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構思、設計與制造小型具有越野性能的方程式賽車的能力。為給車隊最大的設計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間，在整車設計方面將會限制很少。賽前車隊通常用8至12個月組的時間設計、建造、測試和準備賽車。在與來自世界各地的大學代表隊的比較中，賽事給了車隊證明和展示其創(chuàng)造力和工程技術能力的機會。 2009年中國國產(chǎn)汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬輛和1364.48萬輛，首次成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國。汽車從中國人眼中的奢侈品到代步工具，到躍居世界汽車產(chǎn)銷量第一的頭把交椅，中國只用了短短十年時間?；仡櫴陙碇袊嚬I(yè)的突飛猛進，一浪高過一浪的市場消費力，驅使中國一躍成為全球最大的汽車消費大國，而非真正意義上的汽車產(chǎn)業(yè)強國。中國汽車工業(yè)一直是在借鑒和應用，國外汽車一百多年來成熟的技術和制造工藝一路走來，而缺乏自主創(chuàng)新研發(fā)新技術的能力和人才培育。 中國大學生方程式汽車大賽（以下簡稱"FSAE"）是中國汽車工程學會及其合作會員單位，在學習和總結美、日、德等國家相關經(jīng)驗的基礎上，結合中國國情，精心打造的一項全新賽事。我國從2006年起開始組建FSAE車隊。湖南大學、上海交通大學、廈門理工大學與同濟大學自2007年至2009年共參加了在美國和日本舉辦的4場FSAE賽事，獲得了多個單項獎及新秀獎。為搭建國內優(yōu)秀汽車人才的選拔平臺，培養(yǎng)和提高汽車專業(yè)學生的綜合素質，2010年第一屆中國FSAE由中國汽車工程學會、中國二十所大學汽車院系、國內領先的汽車傳媒集團——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSAE秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎，吸收借鑒其他國家FSAE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)領導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。中國FSAE致力于為國內優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，F(xiàn)SAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設計理念，還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目，通過全方位考核，提高學生們的設計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜合素質，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行長期的人才積蓄，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進。 1.2 FSAE方程式目的、依據(jù)和意義 汽車總布置設計是新車型開發(fā)的第一道工序，而新車型總體方案的確定是總布置設計的第一步。首先通過充分準備和綜合分析，選擇一個合理的整車方案，并經(jīng)過一定的程序將其定下來。方案確定后，進行準確布置和計算，并為各總成下一步開展的工作打好基礎、準備條件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設計，共同實現(xiàn)整車的總目標。一種新車型的投產(chǎn)，除產(chǎn)品開發(fā)過程外，還要做大量的生產(chǎn)準備工作，如投入資金設備廠房、人員及制定一整套相關工藝等。這些都是為了保證整車能夠穩(wěn)定的大量的投入生產(chǎn)，并確保其整車性能和質量能被客戶接受，所以整車總體方案和全部設計內容，也直接決定著工廠的投入。因此，總布置工作——方案選擇、布置、和計算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。做好整車設計工作，必須做好以下兩點：第一、要能準確地分析市場形勢、了解客戶的心理狀態(tài)、車輛使用特點，熟悉工廠的生產(chǎn)條件，以便真正確定出合理的整車方案；第二、要有獨立工作的能力。因為方案確定后，實現(xiàn)該方案的所有布置、計算及整車的開發(fā)工作，基本上是由一個人來完成，所以要求設計者工作不應該有任何失誤，否則會造成反工和浪費，甚至失掉搶占市場的機會。因此要求設計者必須具有嚴謹、認真、細致、負責的精神，在整個開發(fā)過程中能協(xié)調和解決各方面問題和矛盾，使設計產(chǎn)品質量達到設計要求。總布置工作雖然以完成全部圖紙及技術文件資料來標志著階段性的結束，但還應該進行整車裝配圖的校核工作，即利用已完成的全部圖紙或三維數(shù)模進行全面的細致的整車裝置的圖面及運動校核，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使設計中存在的問題消除在試制和試裝車之前?？偛贾迷O計在整車開發(fā)的過程中，占有非常重要的位置，必須認真做好這項工作。 目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強國。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強國已成為中國汽車人的首要目標，而人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強國目標的基礎保障之一。 此次對大學生方程式賽車的總體布置進行設計，其目的主要有： 一是重點培養(yǎng)學生的設計、成本控制能力和團隊溝通協(xié)作能力，使學生能夠盡快適應企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺； 二是通過設計交流創(chuàng)造學術競爭氛圍，為師生之間、同學之間提供良好的交流平臺，進而推動學科建設的提升； 汽車總體布置設計是新車型開發(fā)的第一道工序，其在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學生的綜合素質，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,對增進產(chǎn)、學、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。 第2章 總布置設計準備及整車型式選擇 2.1 總布置設計的準備 2.1.1 市場調研 市場調研是制定商品規(guī)劃的前提和基礎，企業(yè)為了獲取對外部環(huán)境的認識，需要設置專門機構，不斷地進行認真、細致和規(guī)范的市場調查和預測。 調研工作可以分為市場普查和專項調查。 市場普查：可參與每年進行的市場情況調查，包括國內外制造廠家的產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)銷售國家政策地方規(guī)定、社會車輛運轉情況統(tǒng)計、營運費用、管理維修、車輛性能、可靠性、壽命及備件供應等，從而掌握國內外市場情況、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢、用戶的使用和需求狀況，及時發(fā)現(xiàn)市場需求和預測未來。 專項調查：參加為開發(fā)某車型而專門進行的市場調查，明確調查目標，細化調研提綱，對整車總成性能參數(shù)必須有初步的設想后，再對使用者和使用現(xiàn)場逐項進行的了解、找出差異，特別重點調研有關技術難點——性能要求、結構處理、特殊用途或要求等。 調研的方法主要是通過聽問看和測試手段，達到預期目的，通過研究思考達到完善和創(chuàng)新，形成一個比較完整的方案。 中國FSAE賽車總體設計要求： 1．賽車構造 賽車必須是裸露式車輪和敞開式駕駛艙（方程式車型），以及四個車輪不能在一條直線上。 2．車身 從車的前端到主防滾架或者防火墻的這段空間里，除了駕駛艙必須的開口，車體上不允許有其他的開口。允許在前懸架處有微小的開口。 3．軸距 賽車必須有至少1525mm（60英寸）的軸距。軸距是指在車輪指向正前方時同一側兩車輪與地面的接觸點之間的距離。 4．輪距 賽車較小的輪距（前輪或后輪）必須不小于較大輪距的75%。 5．可視性 檢查表格上所有的條目必須在不使用工具，比如內窺鏡或是鏡子的情況下清楚地呈現(xiàn)給技術檢察官看。呈示時可以拆卸車身外板或提供可拆卸的可見套件。 2.1.2 樣車分析 選同類型的樣車，作為設計參數(shù)和設計的目標車型。第一屆FSAE北京理工大學參賽賽車，如圖2.1,2.2所示： 圖2.1 北京理工大學參賽賽車后視圖 圖2.2 北京理工大學參賽賽車側視圖 ??北京理工大學參賽賽車車身尺寸為：長2868mm、寬1450mm、高1048mm，軸距1650mm，前輪輪距為1250mm，后輪輪距為1200mm，車身小巧，最小轉彎半徑為3m。整備質量也為208kg，前后軸荷比被設計成46:54。10英寸KEIZER鋁合金輪轂，與規(guī)格為18*6-10（R25B）的Hoosier方程式熱熔胎相搭配。駕駛艙內裝有薩波爾特(Sabelt)的五點式安全帶。CF188自然吸氣式發(fā)動機，排量為493cc，最大功率可達32kw，引擎最高轉速可達7000rpm，極速為135km/h，百公里加速時間5.2s。前后懸結構采用的是雙橫臂式、四輪盤式制動、傳動方式為鏈條傳動、后驅動輪（該車為后輪驅動）設有對稱錐齒輪式差速器，而與發(fā)動機相搭配的是一臺CVT無級變速器。車身是由4130鋼材焊接而成的，車架之間的焊接加工工藝采用的是二氧化碳保護焊，如圖2.3所示。前后willwood caliper ps1雙活塞卡鉗，可在保證足夠的制動力同時大幅減小制動總成質量。 圖2.3 車架 2.1.3 制定設計目標 RL7050H0賽車主要應用于FSAE比賽，對于各總成部件要求符合比賽規(guī)則。為了使RL7050H0賽車能夠在賽事中取得優(yōu)異的綜合測評，要求其在動態(tài)項目中，賽車必須保持其機械性能完整性。能夠順利的完成加速性測試，8字繞環(huán)測試，高速避障測試，燃油消耗測試和耐久測試。并要將制造成本控制到最低。 2.2 整車型式的選擇 根據(jù)設計要求，對整車型式進行方案分析，主要包括以下幾個部分： （1）發(fā)動機的種類和型式 （2）軸數(shù)和驅動型式 （3）車頭和駕駛室的型式及發(fā)動機與前軸的位置關系 （4）輪胎的選擇 2.2.1 發(fā)動機的種類和布置型式 驅動賽車的發(fā)動機必須為四沖程、排量610cc以下。第一年中國FSAE大賽，發(fā)動機統(tǒng)一采用贊助單位提供的發(fā)動機，可以在規(guī)則的限制范圍內改造發(fā)動機。 CF188（500cc）四氣門ATV專用發(fā)動機（如圖2.4所示）是春風控股集團有限公司根據(jù)國內外ATV車生產(chǎn)廠家對大型ATV車專用發(fā)動機特有使用要求專門全新研發(fā)的四氣門無極變速ATV專用發(fā)動機。既保持了春風發(fā)動機壽命長、動力強、聲音輕、省油、環(huán)保等五大特點，又利用春風水冷機的特點解決了沙灘車大扭矩低車速長期工作情況下對發(fā)動機的冷卻要求。 單缸水冷四氣門四沖程化油器發(fā)動機，具有前后軸傳動輸出，電和手拉兩種起動方式，帶發(fā)動機易起動減壓功能，CVT自動無極變速，帶下坡發(fā)動機制動，帶停車變換的發(fā)動機體內一體化高檔、低檔、空檔、停車檔、倒檔和檔位顯示，帶車速里程輸出，帶汽車式易更換機油濾；還可以根據(jù)廠家需要選擇配套4x4車、4獨立懸架的前后橋和所有傳動軸，可以電控方式方便的進行4x2、4x4、前橋差速鎖死的變換，ECU點火器帶危險工況的保護功能，還可以選裝空濾器、散熱器、風扇等。 圖2.4 CF188發(fā)動機外形尺寸圖 發(fā)動機：CF188（500CC） 缸徑×行程：87.5×82 最大功率：24kW/6500r/min 點火方式：無觸點、CDI直流點火 外形尺寸（長x寬x高）：610×587.5×519（mm） 發(fā)動機形式：單缸、四沖程、水冷、四氣門、頂置式凸輪軸、單平衡軸 壓縮比：10.2:1 最低燃油消耗率(g/kw.h )：340 潤滑方式：壓力飛濺潤滑 啟動方式：?電起動/手拉起動 2.2.2 駕駛室的型式 駕駛室與發(fā)動機、前軸的布置位置，可組成不同的布置結構，形成不同的整車外型，對使用性能也有一定的影響。 方案一：發(fā)動機前置前輪驅動（FF） 這種布置型式為微型、普通級和中級轎車所廣泛采用。 與后輪驅動的乘用車相比較，前輪驅動乘用車的前橋軸荷大，有明顯的不足轉向性能；因為前輪是驅動輪，所以越過障礙的能力高；主減速器和變速器裝在同一個殼體內，動力總成結構緊湊，且不需要在變速器與主減速器之間設置傳動軸，車內地板凸包高度降低，有利提高乘坐舒適性；發(fā)動機布置在軸距外時，汽車的軸距可以縮短，因而有利于提高汽車的機動性；汽車的散熱器布置在汽車前部，散熱條件好，發(fā)動機可以得到足夠的冷卻；行李箱布置在汽車后部，固有足夠大的行李箱空間；容易改裝為客貨兩用車或救護車；供暖機構簡單，且因管路短而供暖效率高；發(fā)動機、離合器、變速器與駕駛員位置近，所以操縱機構簡單；發(fā)動機橫置時能縮短汽車的總長，加上取消了傳動軸等因素的影響，汽車消耗的材料明顯減少，使整備質量減輕；發(fā)動機橫置時，原主減速器的錐齒輪需要用圓柱齒輪取代，這又降低了制造難度，同時在裝配和使用時也不必進行齒輪調整工作，此時，變速器和主減速器可以使用同一種潤滑油。 前輪驅動并轉向需要采用等速萬向節(jié)，其結構和制造工藝均復雜；前橋負荷較后軸重，并且前輪又是轉向輪，故故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短；上坡行駛時因驅動輪上的附著力減小，汽車爬坡能力降低，特別是在爬越泥濘的坡路時，驅動輪容易打滑并使汽車喪失操縱穩(wěn)定性；由于后軸負荷小而且制動時軸荷要前移，后輪容易抱死并引起汽車側滑；當發(fā)動橫置時受空間限制，總體布置工作困難，維修與保養(yǎng)時的接近性變差；一旦發(fā)生正面碰撞事故，因發(fā)動機及其附件損失較大，維修費用高。 方案二:：發(fā)動機前置后輪驅動（FR） 汽車的傳統(tǒng)布置形式，常為中高級及高級轎車所采用。 軸荷分配合理，因而有利于提高輪胎的使用壽命；前輪不驅動，因而不需要采用等速萬向節(jié)，這有利于減少制造成本；操縱機構簡單；采暖機構簡單，且管路供暖效率高；發(fā)動機冷卻條件好；上坡行駛時，因驅動輪上的附著力增大，故爬坡能力強；改裝為客貨兩用車或救護車比較容易；有足夠大的行李箱空間；因變速器與主減速器分開，故拆裝、維修容易；發(fā)動機的接近性良好。 因為車身地板下方有傳動軸，所以地板上有凸起的通道，并使后排座椅中部座墊的厚度減薄，影響乘坐舒適性；汽車正面與其他物體發(fā)生碰撞時，易導致發(fā)動機進入客廂，會使前排乘員受到嚴重傷害；汽車的總長、軸距均較長，整車整備質量增大，同時影響到汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性。 方案三：發(fā)動機后置后輪驅動（RR） 這種布置在微型汽車和小型轎車上曾得到廣泛使用，但現(xiàn)在轎車上已很少采用。 動力總成布置成一體而使機構緊湊，因為發(fā)動機后置，汽車前部高度有條件降低，改善駕駛員視野；同時排氣管不必從前部向后部延伸，加上可以省掉傳動軸，故可向內地板凸包只需要有較低的高度用來容納操縱機構的桿件和加強地板剛度即可，這就改善了后排座椅中間座位乘員出入的條件；整車整備質量??；乘客座椅能夠布置在舒適區(qū)域；上坡行駛時，由于驅動輪上的附著力增加，爬坡能力提高；當發(fā)動機布置在軸距外時軸距短，汽車機動性能好。 后軸負荷重，使汽車具有過多轉向傾向，操縱性變壞；前輪附著力小，高速行駛時轉向不穩(wěn)定，影響操縱穩(wěn)定性；行李箱在前部，受轉向輪轉向時要占據(jù)一定空間和改善駕駛視野的影響，行李箱體積不夠大；因動力總成在后部，距駕駛員較遠，所以操縱機構復雜；駕駛員發(fā)現(xiàn)發(fā)動機故障不如發(fā)動機前置容易；發(fā)動機后置不僅對發(fā)動機冷卻和前風擋玻璃除霜帶來不利，而且發(fā)動機工作噪聲容易傳給駕駛員，一旦汽車發(fā)生追尾事故，又會對后排乘員構成危險；受發(fā)動機高度影響，改裝為客貨兩用車或救護車困難。 方案四:：發(fā)動機中置后輪驅動（MR) 是大多數(shù)運動型轎車和方程式賽車所采用的型式。此外，某些大、中型客車也采用該型式，但采用該型式的貨車很少。 對于運動型車,可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性較好.發(fā)動機臨近驅動橋，無需傳動軸，從而減輕車重，具有較高的傳動效率；重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉彎時，轉向盤操作靈敏，運動性好；對于大、中型客車具有車廂內的面積利用率較高、車內噪音小、傳動軸短、傳動效率高等優(yōu)點。 發(fā)動機的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常，車廂內只能安放2張座椅；對發(fā)動機的隔音和絕熱效果差，乘坐舒適性有所降低；對于大、中型客車,發(fā)動機需要特殊設計，且其冷卻和防塵不易；遠程操縱機構復雜，維修保養(yǎng)不便.地板高度難于降低。 因賽車的布置結構緊湊，選用此種布置發(fā)動機。 2.2.3 輪胎的選型 根據(jù)車輛類型、總質量、道路條件、車速及其他特殊要求，合理地選擇輪胎。輪胎選擇的好壞直接影響整車的使用性能，如動力性、經(jīng)濟性、通過性、安全性等。因此必須按使用要求、道路條件和國家標準進行合理的選擇。一般在汽車滿載時，輪胎所受的靜負荷應等于小于它的額定負荷（約0.9—1.0）。這主要根據(jù)車輛的使用情況和道路條件而定，在條件比較好的情況下－不超載、道路條件好，輪胎的靜負荷可與額定負荷相等或相近，氣壓也可選高一點，這樣會提高整車的經(jīng)濟性能。輪胎選擇的另一個關鍵因素是車速。隨著高速公路的發(fā)展和道路條件的改善，現(xiàn)代汽車的車速越來越高，對于輪胎來說，車速越高，輪胎的發(fā)熱量也越大，致使輪胎的磨損和壽命都受到影響。輪胎的額定負荷能力是在一定車速下給定的，超過該車速長期使用合適輪胎的壽命急劇下降。另外，還要考慮的一個因素是超載。車輛超載或減載運行將對輪胎的負荷能力和使用壽命產(chǎn)生直線下降或上升的影響。所以要根據(jù)具體的使用條件－道路、載荷、車速等因素來選擇輪胎的規(guī)格、基本參數(shù)、氣壓和負荷能力，以保證整車的正常使用和性能的發(fā)揮。 汽車常用的輪胎有普通斜交胎和普通子午線胎。普通斜交胎的胎體簾線層較多，胎側厚，使用中不易刺破，側向剛度大，但是緩沖性能差。而子午線胎的簾布層呈子午線排列，是簾布線的強度得到充分的利用，緩沖層也較多，加強了胎冠，所以提高了輪胎的緩沖性能、附著性能和使用壽命，滾動阻力比普通斜交胎要小，因而提高了整車的經(jīng)濟性。但是制造成本較高，由于胎側較薄，側向剛度小，太側易被刺破。但是其優(yōu)點較明顯，相對斜交輪胎，子午線輪胎具備以下特點 : 良好的操縱穩(wěn)定性能、安全的轉彎性能 、良好的耐磨性能、生熱少、滾動阻力低，節(jié)省燃油費用、牽引能力強，打滑少、高速行駛時的乘車舒適感好。 2010中國FSAE攢足輪胎相關參數(shù)見表2.1，賽事規(guī)定賽車可裝備如下兩套輪胎： 表2. 1 2010中國FSAE贊助輪胎的相關參數(shù) 規(guī)格 180/530R13 輪胎接地面寬(mm?inch) 185?7.3 標準輪輞內距 8.0 輪胎半徑(mm) 244 輪胎胎面寬(mm?inch) 223?8.8 輪胎周長 1626 輪胎外徑(mm?inch) 533?21.0 輪輞內距 7.5-8.5 干胎——在檢查時安裝在賽車上的輪胎定義為干胎。干胎尺寸任意，型號任意。他們可以是光頭胎，也可是有紋的 雨胎——雨胎可以是如下規(guī)定的任何型號和尺寸的有花紋和溝槽的樣式： （1）花紋和溝槽的圖案必須是由輪胎廠商塑造成型的，任何被刻制的花紋溝槽必須有文件證明它是符合比賽的相關規(guī)定的。 （2）溝槽最淺為2.4mm（3/32英寸）。 2.2.4 轉向機構型式的選擇 1．齒輪齒條式轉向器 中小型轎車以及前軸軸荷小于1.2t的客車、貨車，多采用該種型式，如圖2.5所示。齒輪齒條式轉向器的傳動副為齒輪與齒條。轉向軸帶動小齒輪旋轉時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉向輪轉向。通常均布置在前輪軸線之后。轉向傳動副的主動件是一斜齒圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動件——齒條相嚙合，外殼固定在車身或車架上。齒條利用兩個球接頭直接和兩根分開的左、右橫拉桿相聯(lián)。橫拉桿再經(jīng)球接頭與梯形臂相接。齒輪齒條式轉向器是依靠齒條背部靠近主動小齒輪處裝置的可調節(jié)壓力的彈簧來消除齒輪齒條傳動副的齒間間隙的。為了轉向輕便，主動小齒輪的直徑應盡量小。通常，這類轉向器的齒輪模數(shù)多在2～3mm范圍內，壓力角為20。，主動小齒輪有5～8個齒，螺旋角為9°～15°。根據(jù)小齒輪螺旋角和齒條傾斜角的大小和方向的不同，可以構成不同的傳動方案。 齒輪齒條式液壓助力轉向器，是相對于機械轉向器而言的，其增加了轉向油泵、轉向油壺、轉向油管、轉向閥、轉向油缸等部件，以期達到改善駕駛員手感，增加轉向助力的目的的轉向裝置。 齒輪齒條式轉向器結構簡單、緊湊；布置方便；制造容易，成本低廉；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量較??；轉向靈敏,傳動效率高達90%；齒輪與齒條間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，能提高轉向系統(tǒng)的剛度，防治工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；占用體積小,便于布置，制造容易。 但轉向傳動比較小，(一般不大于15)，且齒條沿其長度方向磨損不均勻；逆效率高（60% ~70%），不易控制。 2．循環(huán)球式轉向器 當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用，如圖2.6所示。由齒輪機構將來自轉向盤的旋轉力進行減速，使轉向盤的旋轉運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。循環(huán)球式轉向器又有兩種結構型式，即常見的循環(huán)球一齒條齒扇式,和另一種即循環(huán)球一曲柄銷式。它們各有兩個傳動副，前者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的齒條與搖臂軸上的齒扇傳動副；后者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的銷座與搖臂軸上的錐銷或球銷傳動副。兩種結構的調整間隙方法均是利用調整螺栓移動搖臂軸來進行調整。 循環(huán)球式轉向器的傳動效率高、工作平穩(wěn)、可靠，操縱起來比較輕便舒適，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、機械部件的磨損較小，使用壽命相對較長。齒扇與齒條嚙合間隙的調整方便易行，這種結構與液力式動力轉向液壓裝置的匹配布置也極為方便。但逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。 圖2.5 齒輪齒條式轉向器 圖2.6 循環(huán)球式轉向器 3．蝸桿曲柄銷式轉向器 它是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉向搖臂軸制成一體。轉向時，通過轉向盤轉動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉，一邊繞轉向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉向垂臂擺動，再通過轉向傳動機構使轉向輪偏轉。這種轉向器通常用于轉向力較大的載貨汽車上，如圖2.7所示。 轉向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調整間隙工作容易。固定指銷式磨損快、工作效率低。旋轉指銷式結構復雜。雙指銷式結構復雜、尺寸和質量大，并且對兩主銷間的位置精度、螺桿上的形狀及尺寸精度等要求較高。傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。應用很少。 4．球面蝸桿滾輪式轉向器 曾廣泛應用在輕型和中型汽車上，如圖2.8所示。如前軸軸荷不大于2.5t且無動力轉向和不大于4t帶動力轉向的汽車。這種轉向器的傳動副是球面蝸桿及滾輪。滾輪用滾動軸承支承在搖臂軸上，又有雙齒滾輪和三齒滾輪之分。球面蝸桿上的螺旋齒是在凹圓弧線繞一軸線旋轉而成的表面上切削而成的，因此又稱為圓弧面蝸桿，其承載能力比通常齒頂在同一圓柱表面上的圓柱蝸桿大1.5～2倍。這可由球面蝸桿同時有更多的齒進人嚙合和嚙合時接觸較好來解釋。球面蝸桿也可使搖臂軸有更大的轉角。采用雙齒滾輪時搖臂軸轉角可達80。左右，采用三齒滾輪時可達100。。由于其傳動副以滾動摩擦代替了滑動摩擦，使摩擦損失減小，傳動效率η+可達0.77～0.82，而逆效率η-則較低，約為0.6。 其磨損小，工作可靠，使用壽命長。可利用軸向移動搖臂軸以改變滾輪與蝸桿中心距的方法來調整傳動間隙。正效率低；工作齒面磨損以后，調整嚙合間隙比較困難，轉向器的傳動比不能變化。 圖2.7 蝸桿曲柄銷式轉向器 圖2.8 球面蝸桿滾輪式轉向器 2.2.5 制動器型式的選擇 鼓式制動器的各種結構形式如圖2.9a~f所示。 不同形式的鼓式制動器的主要區(qū)別有：蹄片固定支點的數(shù)量和位置不同；張開裝置的形勢與數(shù)量不同；制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。 制動力大小的比較：按照制動力由大到小排列為雙向增力式、單向增力式、雙向雙領蹄式、單向雙領蹄式、領從蹄式、雙從蹄式。 制動穩(wěn)定性的比較：按照制動穩(wěn)定性由大到小排列為雙從蹄式、領從蹄式、單向雙領蹄式、雙向雙領蹄式、單向增力式、雙向增力式。 盤式制動器分為全盤式（如圖2.10所示）和鉗盤式兩種，鉗盤式又分為浮動鉗盤式（如圖2.11所示）和固定鉗盤式（如圖2.12所示）。鉗盤式制動器制動鉗的布置可以在車軸之前或之后。制動鉗位于軸前可避免輪胎向鉗內甩濺泥水污物；位于軸后則可減小制動時輪轂軸承徑向合力。 盤式制動器尤其是浮動鉗式盤式制動器已十分廣泛地用于轎車的前輪。與鼓式后輪制動器配合，也可使后輪制動器較容易地附加駐車制動的驅動機構，兼作駐車制動器之用。有些高性能轎車的前、后輪都采用盤式制動器，主要是為了保持制動力分配系數(shù)的穩(wěn)定。 (f) (d) (e) (c) (b) (a) Q Q Q Q c c a a a a a c e e e e e e P R R R R N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 P P P P P P P P2 P1 圖2.9 鼓式制動器簡圖 （a）領從蹄式（用凸輪張開） （b）領從蹄式用制動輪缸張開） （c）領從蹄式（非雙向，平衡式） （d）雙向領從蹄式 （e）單向增力式 （f）雙向增力式 盤式制動器也開始用于某些不同等級的客車和載貨汽車上。有些重型載貨汽車采用多片全盤式制動器以獲得大的制動力矩，但制動盤的冷卻條件差，溫升較大。 A A A-A 圖2.10 多片全盤式制動器結構圖 P1 P1 （a）滑動前盤式 （b）擺動鉗盤式 圖2.11 浮動鉗盤式制動機器工作原理圖 圖2.12 固定鉗盤式制動器結構圖 與鼓式制動器比較，盤式制動器有如下優(yōu)點： （1）熱穩(wěn)定性較好。這是因為制動盤對摩擦襯塊無摩擦增力作用，還因為制動摩擦襯塊的尺寸不長，其工作表面的面積僅為制動盤而積的12％～1 6％．故散熱比較好。 （2）水穩(wěn)定性較好。因為制動襯塊劉。盤的單位壓力高，易將水擠出，同時在離心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上襯塊對盤的擦拭作用，因而，出水后只需經(jīng)一、二次制動即能恢復正常；而鼓式制動器則需經(jīng)過甚至十余次制動方能恢復正常制動效能。 （3）制動穩(wěn)定性好。盤式制動器的制動力矩與制動油缸的活塞推力及摩擦系數(shù)成線性關系，再加上無自行增勢作用，因此在制動過程中制動力矩增長較和緩，與鼓式制動器相比，能保證高的制動穩(wěn)定性。 （4）制動力矩與汽車前進和后退行駛無關。 （5）在輸出同樣大小制動力矩的條件下，盤式制動器的質量和尺寸比鼓式的要小。 （6）盤式的摩擦襯塊比鼓式的摩擦襯片在磨損后更易更換，結構也較簡單，維修保養(yǎng)容易。 （7）制動盤與摩擦襯塊間的間隙小(0.05～0.15mm)，這就縮短了油缸活塞的操作時間，并使制動驅動機構的力傳動比有增大的可能。 （8）制動盤的熱膨脹不會像制動鼓熱膨脹那樣引起制動踏板行程損失，這也使間隙自動調整裝置的設計可以簡化。 （9）易于構成多回路制動驅動系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性和安全性．以保證汽車在任何車速下各車輪都能均勻一致地平穩(wěn)制動。 （10）能方便地實現(xiàn)制動器磨損報警，以便及時更換摩擦襯塊。 盤式制動器的主要缺點是： （1）難以完全防止塵污和銹蝕(但封閉的多片全盤式制動器除外)。 （2）兼作駐車制動器時，所需附加的駐車制動驅動機構較復雜，因此有的汽車采用前輪為盤式后輪為鼓式的制動系統(tǒng)。 （3）由于無自行增勢作用，制動效能較低，中型轎車采用時即需加力裝置。 2.2.6 懸架布置形式 汽車懸架包括彈性元件，減振器和傳力裝置等三部分，這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。從轎車上來講，彈性元件多指螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質量小，結構簡單，無需潤滑的優(yōu)點，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。減振器指液力減振器或壓縮空氣減振器，是為了加速衰減車身的振動，它是懸架機構中最精密和復雜的機械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉向節(jié)等元件，用來傳遞縱向力，側向力及力矩，并保證車輪相對于車架(或車身)有確定的相對運動規(guī)律。 汽車懸架的形式分為非獨立懸架和獨立懸架兩種： 方案一： 非獨立懸架 非獨立懸掛架的左右車輪裝在一根整體的剛性周或非斷開時驅動橋的橋殼上。結構簡單，制造、維護方便，經(jīng)濟性好；工作可靠，使用壽命長；車輪跳動時，輪距、前柬不變，因而輪胎磨損?。晦D向時，車身側傾后車輪的外傾角不變，傳遞側向力的能力不降低；側傾中心位置較高，有利于減小轉向時車身的側傾角。 由于車橋與車輪一起跳動，因而需要較大的空間，影響發(fā)動機或行李箱的布置。用于轎車或載貨汽車的前懸架時，一般需要抬高發(fā)動機或是將車橋(軸)做成中間下凹的形狀以利發(fā)動機布置，這將增加制造成本；用于轎車后懸架時，會導致行李箱容積減小，備胎的布置也不方便；用于驅動橋時，會使得非懸掛質量較大，不利于汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；當兩側車輪跳動高度不一致時(例如左右車輪駛過的凸起高度不同)，整根車橋會傾斜，使左右車輪直接相互影響；在不平路面直線行駛時，由于左右車輪跳動不一致而導致的軸轉向會降低直線行駛的穩(wěn)定性；用于驅動橋時，驅動橋的輸入轉矩會引起左右車輪負荷轉移。如圖2.13所示為導向桿系非獨立懸架應用于轎車后驅動橋。 方案二:：獨立懸架 與非獨立懸架相比，獨立懸架具有如下優(yōu)點：非懸掛質量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；左右車輪的跳動沒有直接的相互影響，可減少車身的傾斜和振動；占用橫向空間少，便于發(fā)動機布置，可以降低發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車質心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；易于實現(xiàn)驅動輪轉向。 圖2.13 導向桿系非獨立懸架 1．雙橫臂式獨立懸架（如圖2.14所示） 按其上、下橫臂的長短又可分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種。等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴重，故已很少采用，多為不等長雙橫臂式懸架所取代。后一種型式的懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許范圍內。這種不大的輪距改變，不應引起車輪沿路面的側滑，而為輪胎的彈性變形所補償。因此，不等長雙橫臂式獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中、高級轎車的前懸架所廣泛采用，也適用于跑車和賽車的驅動橋。 突出優(yōu)點在于設計的靈活性，可以通過合理選擇空間導向桿系的鉸接點的位置及導向臂(或稱為控制臂)的長度，使得懸架具有合適的運動特性(亦即當車輪跳動或車身側傾時，車輪定位角及輪距的變化能盡量滿足設計的要求)，并且形成恰當?shù)膫葍A中心和縱傾中心。垂直方向尺寸小，車輪接地性能好。結構較復雜，占用空間較多，鉸接點多，制動似的點頭效應會引起彈簧傾斜。 2．麥弗遜式獨立懸架（如圖2.15所示） 可將導向機構及減振裝置集合到一起，將多個零件集成在一個單元里。這樣一來，相對雙橫臂懸架而言，它不僅簡化了結構，減小了質量，還節(jié)省了空間，降低了制造成本，并且?guī)缀醪徽加脵M向空間，有利于車身前部地板的構造和發(fā)動機布置，這一點在用于緊湊型轎車(例如微型轎車，它們幾乎全部采用前置前驅動方式)的前懸架時，具有無可比擬的優(yōu)勢。麥克弗遜懸架的另外一些優(yōu)點包括：鉸接點的數(shù)目較少；上下鉸點之間有較大的距離，下鉸點與車輪接地點之間距離較小，這對減少鉸點處的受力有利；彈簧行程較大。另外，當車輪跳動時，其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。 圖2.14 雙橫臂式獨立懸架 圖2.15 麥弗遜式獨立懸架 由于自由度減少，懸架運動特性的可設計性不如雙橫臂懸架；振動通過上支承點傳遞給汽車頭部，需采取相應措施隔離振動、噪聲；減振器的活塞桿與導向套之間存在摩擦力，使得懸架的動剛度增加，彈性特性變差，小位移時這一影響更加顯著；對輪胎的不平衡較敏感；減振器緊貼車輪布置，其間空間很小，有些情況下不便于采用寬胎或加裝防滑鏈。 2.2.7 差速器型式的選擇 方案一：對稱式圓錐行星齒輪差速器 最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車上，如圖2.16所示。普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個半軸齒輪，4個行星齒輪(少數(shù)汽車采用3個行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個行星齒輪的差速器采用十字軸結構)，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。 結構簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等。當汽車在壞路上行駛時，嚴重影響通過能力。如當汽車的一個驅動輪陷入泥濘路面時，雖然另一驅動輪在良好路面上，汽車卻往往不能前進（俗稱打滑）。此時在泥濘路面上的驅動輪原地滑轉，在良好路面上的車輪卻靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間的附著力較小，路面只能通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩，因此差速器分配給此輪的轉矩也較小，盡管另一驅動輪與良好路面間的附著力較大，但因平均分配轉矩的特點，使這一驅動輪也只能分到與滑轉驅動輪等量的轉矩，以致驅動力不足以克服行駛阻力，汽車不能前進，而動力則消耗在滑轉驅動輪上。此時加大油門不僅不能使汽車前進，反而浪費燃油，加速機件磨損，尤其使輪胎磨損加劇。 方案二：強制鎖止式防滑差速器（如圖2.17所示） 當一側驅動輪在壞路上滑轉時，能使大部分甚至全部轉矩傳給在良好路面上的驅動輪，以充分利用這一驅動輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅動力，使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 圖2.16 普通圓錐齒輪 圖2.17 嚙合套式強制鎖止差速器 差速器的工作原理簡圖 左、右驅動車輪可以傳遞由附著力決定的全部轉矩。當汽車因某一驅動車輪滑轉而停車時，已經(jīng)失去原有的沖力，再起步時需要克服比行駛時大得多的阻力，因而驅動車輪需要發(fā)揮更大的牽引力，而這時由于滑轉而遭到破壞的地表而往往不能承受這樣大的牽引力。除非另一驅動車輪附著良好，否則，當左右車輪都處在附著系數(shù)比較小的路面上，則雖鎖住差速器，牽引力仍然會超過車輪與路面的附著力，汽車仍無法起步和前進。因此在一般表面狀況變化不大的路面上，即使鎖住差速器，汽車總牽引力的增加往往不超過25％。另外，當汽車駛入較好的路面時，差速器的鎖止機構應即時松開．否則將產(chǎn)生與無差速器時一樣的問題，例如使轉彎困難、輪胎加速磨損、使傳動系零件過載和消耗過多的功率等。 方案三：Torson 差速器 托森差速器主要由蝸桿行星齒輪，差速器殼體，前輸出軸和后輸出軸四套大部件組成，如圖2.18所示。發(fā)動機輸出的動力直接用來驅動托森差速器的殼體，殼體的轉動會帶動三組蝸桿行星齒輪轉動，行星齒輪與殼體之間是由直齒連接的，與前后輸出軸之間是由蝸桿連接的。這樣動力可以順利的通過行星齒輪分配給前后輸出軸從而能夠驅動前后車橋。正是因為行星齒輪的蝸桿設計，讓它具備了一個自鎖死功能。一旦某一車輪遇到較大阻力時，托森差速器會向這個車輪傳輸更大的動力。 Torsen差速器是恒時4驅，牽引力被分配到了每個車輪，于是就有了良好的彎道、直線(干/濕)駕駛性能。Torsen自鎖中心差速器確保了前后輪均一的動力分配。任何速度的不同，如前輪遇到冰面時，系統(tǒng)會快速做出反應，75%的扭矩會轉向轉速慢的車輪，在這里也就是后輪。 Torsen差速器實現(xiàn)了恒時、連續(xù)扭矩控制管理，它持續(xù)工作，沒有時間上的延遲，但不介入總扭矩輸出的調整，也就不存在著扭矩的損失，與牽引力控制和車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)相比具有更大的優(yōu)越性。因為沒有傳統(tǒng)的自鎖差速器所配備的多片式離合器，也就不存在著磨損，并實現(xiàn)了免維護。純機械LSD具有良好的可靠性。 B B 圖2.18 Torsen差速器 Torsen差速器可以與任何變速器、分動器實現(xiàn)匹配，與車輛其它安全控制系統(tǒng)ABS、TCS(Traction Control Systems，牽引力控制)、SCS(Stability Control Systems)，車身穩(wěn)定控制)相容。Torsen差速器是純機械結構，在車輪剛一打滑的瞬間就會發(fā)生作用，它具有線性鎖止特性，是真正的恒時四驅，在平時正常行駛時扭矩前后分配是50∶50。但是造價高，所以一般托森差速器都用在高檔車上；重量太大，裝上它后對車輛的加速性是一份拖累。 2.3 本章小結 本章主要介紹了總體布置的方法和原則，通過市場調研制定初步方案，再通過樣車分析得到相關數(shù)據(jù)，最后制定總體布置的設計目標，明確設計要求。根據(jù)設計原則和目標，提出被開發(fā)車型的整車型式方案，包括發(fā)動機的種類和型式、軸數(shù)和驅動形式、駕駛室的型式、輪胎的選擇，確定基本的部件。 第3章 新車型主要目標參數(shù)的初步確定 3.1 幾個主要“目標參數(shù)”的確定 2010年第一屆中國FSAE大賽中，部分車隊賽參數(shù)： 北京理工大學參賽賽車，最高車速可達135km/h，整車整備質量 208Kg； 哈爾濱工業(yè)大學參賽賽車，最高車速可達160km/h，整車整備質量 265Kg。 根據(jù)以上參數(shù)初步選定RL7050H0最高車速為140km/h，整車整備質量210Kg。 3.2 發(fā)動機最大功率及其轉速 (3.1) 式中，——發(fā)動機最大功率kw； ——傳動系效率，取95%； ——汽車總質量，整車整備質量與承載質量之和，=285kg； ——重力加速度，g/s2； f——滾動阻力數(shù)，良好的瀝青或混泥土路面滾動阻力系數(shù)為0.010～0.018，此處取0.015； ——空氣阻力系數(shù) 0.35； A——迎風面積，取0.7（前輪距×總高）； ——最高車速，140km/h。 根據(jù)公式(3.1)可得： =11.011kw 通過上述方法計算得出結論：RL7050H0賽車對發(fā)動機的最大功率要求是不得低于11.011kw。 3.3 發(fā)動機最大扭矩及其轉速 當發(fā)動機最大功率和其相應轉速確定后，可用下式確定發(fā)動機的最大轉矩。 (3.2) 式中，——發(fā)動機最大轉矩，Nm； ——扭矩適應性系數(shù),即=Memax/Mp； ——最大功率點扭矩Nm； ——最大功率點轉速。 一般汽油機=1.2～1.35，柴油機=1.1～1.25；值的大小標志著行駛阻力增加時，發(fā)動機沿外特性曲線自動增加扭矩能力。的值大小可參考同類樣機的數(shù)值進行選取。 發(fā)動機最大扭矩點的轉速應該認真選取，一般希望該轉速于最大功率點的轉速有一定比例關系，即保證在1.4～2.0之間，如果取得過高，會使的比值變小，若小于1.4，會使直接檔的穩(wěn)定車速偏高，造成在市區(qū)內行駛轉彎等情況下增加換擋次數(shù)，故希望不要太高。 根據(jù)選定的發(fā)動機CF188的具體參數(shù)和公式(4.2)可得： =38.745 Nm 3.4 傳動系速比的選擇 根據(jù)CF188發(fā)動機在規(guī)定條件下可根據(jù)主軸和從動輪的轉速確定傳動系的變速比，規(guī)定條件如表3.1所示，變速比關系如表3.2所示： 表3.1 CF188測試條件 離合器型號 CF188 結合轉速(rpm) 1950 滾珠重量（g) 25.1 產(chǎn)品來源 裝配 軸環(huán)長度（mm) 90.8 中心距(mm) 215 測試日期 2008-5-25 表3.2 CF188傳動系變速比 主軸 RPM 從動輪RPM 變速比 主軸 RPM 從動輪RPM 變速比 主軸 RPM 從動輪RPM 變速比 390 136.1 2.87 2150.7 748.5 2.87 3904 4500 0.87 585 203.5 2.87 2346.1 817.6 2.87 4097.8 5050 0.81 780.3 271.5 2.87 2541.3 901.6 2.82 4298.3 5632.4 0.76 976.5 340.5 2.87 2737.1 1055 2.59 4495.3 6158.5 0.73 1171.9 408.9 2.87 2932.2 1303.1 2.25 4704.7 6626.3 0.71 1367.6 476.8 2.87 3126.3 1931.7 1.62 4902.4 6930 0.71 1563.1 545.2 2.87 3320.5 2