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開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名:
學(xué) 號:
學(xué) 院:
專 業(yè):
設(shè)計(jì)題目:
賽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師:
開 題 報(bào) 告
1. 選題依據(jù):
1.研究的目的及意義
FSC是一級方程式汽車比賽汽車工程由大學(xué)或汽車相關(guān)專業(yè)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)參加汽車比賽的設(shè)計(jì)和制造[1]。中國大學(xué)生方程式汽車大賽(簡稱FSC大賽)也是由中國汽車工程協(xié)會(huì)主辦,有著“力爭上游,擎動(dòng)未來”的巨大夢想,堅(jiān)持“穩(wěn)中求勝”的設(shè)計(jì)理念,立足于中國汽車工程教育發(fā)展和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)根基,吸收和借鑒國際大學(xué)生方程式汽車大賽(簡稱FSAE大賽) 賽事的成功經(jīng)驗(yàn),為國內(nèi)優(yōu)秀汽車行業(yè)人才的培養(yǎng)和選拔建立公共平臺。各參賽車隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn),由一年的時(shí)間內(nèi),自行設(shè)計(jì)和制造出一輛在加速、制動(dòng)、操控性等方面均具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車,同時(shí),設(shè)計(jì)的賽車要成功完成各部分賽事,所以要求所設(shè)計(jì)的賽車必須滿足耐久性、經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車架、車身、制動(dòng)系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)等構(gòu)成了FSC賽車。因此,為了獲得良好的加速性、制動(dòng)性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性,傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要[3]。
汽車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是在質(zhì)量的軸荷分配、汽車總質(zhì)量、空阻及滾阻等量已確定的情況下,較為合理的設(shè)計(jì)和選擇傳動(dòng)系參數(shù),可以很大程度提高匹配后汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性[4]。以往傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)依靠大量的實(shí)驗(yàn)和反復(fù)測試完成,耗時(shí)長,高花費(fèi),計(jì)算機(jī)的廣泛使用和新的計(jì)算方法的出現(xiàn), 使得以計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算為基礎(chǔ)的傳動(dòng)系設(shè)計(jì)可在方程式賽車的設(shè)計(jì)階段就較準(zhǔn)確地預(yù)測賽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性,經(jīng)濟(jì)且迅速。
目前,我國圍繞汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,主要在以下幾個(gè)方面展開工作:①汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)的研究;②汽車傳動(dòng)系各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的研究,特別是傳動(dòng)系各部分在非工況下模型的研究;③按給定工況模式的模擬研究;④按實(shí)際路況隨機(jī)模擬的研究;⑤傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化模型的研究;⑥模擬程序的開發(fā)與研究[5]。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)的簡介
傳動(dòng)系統(tǒng)以 Carl Benz 研制的第一輛汽車為誕生標(biāo)志。發(fā)展到今天,自驅(qū)動(dòng)汽車已基本成為現(xiàn)代汽車的代名詞隨著自驅(qū)動(dòng)汽車的發(fā)展,其傳動(dòng)系統(tǒng)也相應(yīng)經(jīng)歷了幾代的更新與完善,傳動(dòng)介質(zhì)豐富化、傳動(dòng)功能集成化、傳動(dòng)裝置自由度的增長化趨勢越來越明顯,同時(shí)隨著傳動(dòng)系統(tǒng)種類和形式的擴(kuò)大及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜,不同傳動(dòng)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性越來越難了解。發(fā)現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)向無級、復(fù)合傳動(dòng)、多功率流及多自由度方向演變發(fā)展[6]。
汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車實(shí)現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)換和傳遞的重要部件系統(tǒng),因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng),才使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力能夠穩(wěn)定地傳送給車輪,并驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)汽車在任何條件下都能正常行駛,且努力提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[7]。對于提高汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性主要是因?yàn)槠噭?dòng)力傳動(dòng)系形式與參數(shù)的合理選擇。能與發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的傳動(dòng)系可以使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域內(nèi)工作。其中傳動(dòng)系統(tǒng)包括:(1)變速器 ①改變傳動(dòng)比,滿足不同行駛狀況下對牽引力的需要,使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作在有利的工況下,滿足可能的行駛速度; ②實(shí)現(xiàn)倒車行駛,用來滿足汽車倒退行駛的需要;③中斷動(dòng)力傳遞,在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),怠速運(yùn)轉(zhuǎn),汽車換檔或需要停車進(jìn)行動(dòng)力輸出時(shí),中斷向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞。(2)離合器 安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間,用于短暫地分離兩者或平順地結(jié)合以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。(3)萬向傳動(dòng)裝置 在汽車傳動(dòng)系及其它系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)一些軸線相交或相對位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞,必須采用萬向傳動(dòng)裝置。萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成了萬向傳動(dòng)裝置,有時(shí)還要有中間支承。其連接變速器與驅(qū)動(dòng)橋、連接離合器與驅(qū)動(dòng)橋或變速器與分動(dòng)器、連接斷開式驅(qū)動(dòng)橋或轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和連接轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。(4)驅(qū)動(dòng)橋 其主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。其功能是將變速器輸出的轉(zhuǎn)矩一次經(jīng)過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)輪;通過主減速器齒輪副實(shí)現(xiàn)減速增距,并在需要時(shí)改變動(dòng)力傳遞方向;通過差速器來實(shí)現(xiàn)左、右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)即差速作用[8] [9]。
此外,由于發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器固定在車架上,而驅(qū)動(dòng)橋和驅(qū)動(dòng)輪一般是通過彈性懸架與車架聯(lián)系的,因此在汽車行駛過程中,變速器與驅(qū)動(dòng)輪之間有相對運(yùn)動(dòng)。在這樣的情況下,兩者之間不能用簡單的通過整體傳動(dòng)軸傳動(dòng),應(yīng)該采用萬向傳動(dòng)裝置。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其在汽車上的布置形式,取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的形式和性能、汽車總體結(jié)構(gòu)形式、汽車行駛系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)形式等許多因素。方程式賽車一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)的MR方案。該方案布置有利于實(shí)現(xiàn)前、后軸的軸荷分配。MR方案中發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)過離合器、變速器、由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成的萬向傳動(dòng)裝置以及安裝在驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器和半軸,最后傳到驅(qū)動(dòng)車輪[10]。
3.方程式賽車傳動(dòng)系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況
3.1國外研究現(xiàn)狀
FSAE比賽開始在1980年初在美國舉辦的第一次比賽,國外目前已經(jīng)是為汽車工程學(xué)會(huì)的學(xué)生成員舉辦的一項(xiàng)國際賽事[11]。當(dāng)時(shí)報(bào)名的學(xué)校只有6個(gè),但只有4支參賽隊(duì)伍,如今美國每年有200支隊(duì)伍參加比賽,比賽的人數(shù)將近2萬人次[12]。20世紀(jì)60、70年代初期就開始對汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算機(jī)模擬程序的研究。這些程序在樣車制造前就能準(zhǔn)確地對汽車動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測,并可根據(jù)幾種傳動(dòng)系速比的變化引起整車性能變化,找到此變化的關(guān)系及能與所選發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的傳動(dòng)系。歐美等發(fā)達(dá)國家對大學(xué)生方程式FSAE比賽都非常關(guān)注,每個(gè)學(xué)校都會(huì)組建自己FSAE賽車隊(duì),參加各自區(qū)域的系列賽車,并且重新設(shè)計(jì)自己的賽車,使制造的賽車性能更加突出。日本的方程式FSAE比賽發(fā)展很快,已經(jīng)成為亞洲地區(qū)舉FSAE賽事的先鋒隊(duì)。其在加速性能上,日本所設(shè)計(jì)的賽車變速器能在規(guī)格指標(biāo)和目標(biāo)時(shí)間準(zhǔn)確算出必要的功率[13]。伊朗、印度以及泰國等十幾家外國車隊(duì)都參加過日本舉辦的FSAE比賽。FSAE比賽早已進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段由此可見,國外的傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟階段[14]。
3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
隨著大學(xué)生方程式汽車大賽影響力的逐漸擴(kuò)大,中國各大專院校也開始逐漸關(guān)注并
參與這一賽事。2010 年10 月,首屆中國大學(xué)生方程式汽車大賽(FSC)在上海舉行,
吸引了國內(nèi) 20 支大學(xué)車隊(duì)參與了這次比賽,大賽取得圓滿成功。此后的幾年時(shí)間里,
大賽規(guī)模不斷擴(kuò)大,賽事影響力不斷加深[15]。①華南理工大學(xué)的FSC賽車氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)換檔,司機(jī)可以更方便,在更短的時(shí)間內(nèi)完成換檔操作,從而提高比賽結(jié)
果。 根據(jù)預(yù)設(shè)程序驅(qū)動(dòng)換檔氣缸和離合器氣缸,壓縮二氧化碳在電子控制單元的操縱
下完成整個(gè)傳動(dòng)過程[16]。②天津大學(xué)采用春風(fēng)CF188 發(fā)動(dòng)機(jī)總成變速器有V 型齒形皮
帶自動(dòng)無級變速器和帶換檔凸輪的有級變速器,采用手操作杠桿式變檔。離合器型式為
濕式蹄塊自動(dòng)離心式。傳動(dòng)系統(tǒng)初始方案為:發(fā)動(dòng)機(jī)總成-傳動(dòng)軸-主減速器-差速器-左
右半軸-左右驅(qū)動(dòng)輪[17]。③大學(xué)方程式4.0號賽車采用鈴木GSXR-600四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和
托森差速器。該賽車在調(diào)節(jié)方式上采用偏心輪調(diào)節(jié),在去年的基礎(chǔ)上球籠(等速萬向節(jié))
短軸一體,而且尺寸改小,在受力強(qiáng)度要求符合的情況下的改進(jìn)。其他部分是材料的變
化。④太原理工大學(xué)方程式賽車采用本田CBR600發(fā)動(dòng)機(jī),還采用了托森差速器,其更
換了差速器外殼,其他是材料和工藝上的設(shè)計(jì)。
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開 題 報(bào) 告
2.研究方案:
1.研究及解決的問題:
(1) 傳動(dòng)比與動(dòng)力性計(jì)算;
(2) 鏈傳動(dòng)的計(jì)算;
(3) 各零件的設(shè)計(jì)、建模、應(yīng)力分析;
(4) 工程圖的繪制;
2.設(shè)計(jì)方案概述:
(1)在動(dòng)力性計(jì)算時(shí),可以根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算賽車的動(dòng)力性參數(shù),部分參數(shù)需要近似計(jì)算,然后參考數(shù)據(jù)進(jìn)行傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)。當(dāng)然最優(yōu)的方法是采用臺架實(shí)驗(yàn)等測出相關(guān)參數(shù),然后采用數(shù)據(jù)擬合軟件,較為精確得到各參數(shù)的數(shù)值與變化情況。由于設(shè)備和知識水平的限制,本文采用公式計(jì)算賽車的動(dòng)力性。但是經(jīng)過分析,數(shù)據(jù)具有有效的參考價(jià)值。
(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則主要為輕量化。采用三維軟件輔助設(shè)計(jì),根據(jù)已有的零件、車架及裝配關(guān)系來設(shè)計(jì)其他零件,對零件進(jìn)行嚴(yán)格的三維建模并裝配,以設(shè)計(jì)其余零件并檢查干涉情況與限位情況。對零件的應(yīng)力分析,有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和軟件分析等方法,本文采用軟件分析法,以得到零件更準(zhǔn)確的受力。
(3)另外,加工零件必須還有材料、公差配合、技術(shù)要求等。本文借助機(jī)械設(shè)計(jì)手冊對加工件進(jìn)行了公差設(shè)計(jì),并繪制工程圖紙,根據(jù)工程圖紙可加工出各零件。
3.設(shè)計(jì)工作進(jìn)度:
① 2月13日-3月16日 調(diào)研、文獻(xiàn)檢索、制定方案、撰寫開題報(bào)告。
② 3月 7日-5月20日 制作大學(xué)“夢想4.0”大學(xué)生方程式賽車、撰寫設(shè)計(jì)說明書。
③ 5月21日-6月10日 準(zhǔn)備和進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)答辯。
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指導(dǎo)教師意見:
指導(dǎo)教師:
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