大學(xué)生賽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)-賽車鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)【含6張cad圖紙+文檔全套資料】

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2)完成開題報(bào)告，并通過指導(dǎo)老師和設(shè)計(jì)開題答辯小組審查。 3)查找與閱讀設(shè)計(jì)相關(guān)的合適的英文文獻(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行翻譯并完成。 4)通過文獻(xiàn)研究和實(shí)踐研究，對(duì)設(shè)計(jì)命題有了較為全面的理解后，結(jié)合前人的研究成果，完成設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的部分并完成。 1.2主要計(jì)算過程如下： 傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)： a) 傳動(dòng)比與動(dòng)力性的計(jì)算 大學(xué)方程式4.0號(hào)賽車采用鈴木GSXR-600四缸水冷電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，按照比賽規(guī)則來說，在20mm的限流閥下，所有進(jìn)氣必須通過。這樣就會(huì)限制到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，因此，限流后的發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)要被分析。 (1) 原發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)：在13500r/min轉(zhuǎn)速時(shí)最大功率達(dá)到82Kw。最大扭矩在11500r/min轉(zhuǎn)速下為69N·m。 (2) 發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)（限流后）：在11500r/min轉(zhuǎn)速時(shí)最大功率達(dá)到60.2Kw。最高車速120Km/h在10500r/min的轉(zhuǎn)速下最大扭矩52N·m。 (3) 變速器的各檔位比：I1=2.785；I2=2.052；I3=1.681；I4=1.450；I5=1.304。 (4) 由于比賽賽道有最高車速限制，即最高時(shí)速為100Km/h，限流后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=11500r/min時(shí)，最大功率P=60.2Kw，初級(jí)減速比i0=1.926。5檔減速比i5=1.304。輪距r=228mm。由以上可算出轉(zhuǎn)速nt和末級(jí)傳動(dòng)比if得 （1-1） （1-2） 由于小鏈輪齒數(shù)Z1=11，由式（2-2）得，計(jì)算大鏈輪的齒數(shù)得： （1-3） 由此可以得出大鏈輪的齒數(shù)為43。其實(shí)際傳動(dòng)比為 b) 動(dòng)力性計(jì)算 表1-1 賽車各檔驅(qū)動(dòng)力 檔位 1 2 3 4 5 驅(qū)動(dòng)力 4294 3164 2592 2236 2011 c) 行駛車速 轉(zhuǎn)速n下對(duì)應(yīng)的最高車速。測(cè)得n=12500r/min，r=228mm，i0=1.92，if=3.9。將數(shù)據(jù)代入得出表1-2所示。 表1-2賽車最大行駛車速 檔位 1 2 3 4 5 車速（km/h） 51.36 69.71 85.09 98.65 109.70 d) 行駛阻力 (1) 滾動(dòng)阻力 (1-4) (2) 空氣阻力 (1-5) 表1-3賽車的行駛阻力 滾動(dòng)阻力(N) 41.34 44.38 47.65 51.06 54.21 空氣阻力(N) 10.56 19.45 28.99 38.96 48.17 (3) 加速度 (1-6) 表1-4 賽車最大行駛加速度 檔位 1 2 3 4 5 加速度 12.85 9.39 7.52 6.50 5.78 1.3 傳動(dòng)方式的選擇 a) 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)也被叫做撓性傳動(dòng)，鏈條、小鏈輪和大鏈輪組合成了撓性傳動(dòng)。我?！皦?mèng)想4.0號(hào)”賽車由于考慮到性能方面的原因，所以采用滾子鏈傳動(dòng)。它的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為下表1-5所示。 表1-5 選取鏈條的規(guī)格和參數(shù) ISO鏈號(hào) 節(jié)距P 滾子直徑d1 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1 銷軸直徑d2 內(nèi)鏈板高度h2 抗拉載荷 10A 15.875 10.16 9.4 5.09 15.09 21.8 b) 計(jì)算功率 (1-7) KA表示工況系數(shù)，取 1.0；KP表示多排鏈系數(shù)，取1.0，雙排鏈時(shí)選1.75，三排練時(shí)選2.5， P表示傳動(dòng)功率（Kw）；KZ取2.9，即KZ=2.9 c) 計(jì)算大小鏈輪的參數(shù) 由下表1-6所示。 表1-6 大小鏈輪參數(shù) 參數(shù) 小鏈輪 大鏈輪 齒數(shù) Z1 11 Z2 43 分度圓 d1 56.348 d2 217.480 齒頂圓 da1min 59.754 da2min 222.604 da1min 66.032 da2max 227.164 齒根圓 df1 46.188 df2 207.320 齒高 ha1min 2.858 ha2min 2.858 ha1max 5.996 ha2max 5.137 節(jié)距 15.875 d) 確定中心距 (1-8) 經(jīng)過式（1-8）的計(jì)算得出Lp=88節(jié) (1-9) 由此計(jì)算得出 e) 鏈輪包角 (1-10) 已知小鏈輪的最小包角是120°，將其代入式（1-10）得最小中心距a=153.88mm。據(jù)給定的車輪半徑和軸距尺寸來估計(jì)。我們選取小鏈輪的中心距在153.88～477.27mm之間，我們選取a=300mm≈19p。將這個(gè)數(shù)據(jù)代入上列式中可以得出α=149°，LP=66節(jié)。 f) 鏈速計(jì)算 (1-11) 鏈速的計(jì)算可得出。 g) 鏈輪受到的緊邊和松邊拉力 緊邊拉力： (1-12) 式中：表示有效圓周力， Fe表示離心力引起的拉力， Fe=1494.26N Ff表示懸垂拉力，F(xiàn)f=1499。 松邊拉力：F2=Fc+Ff=2993.26N (1-13) 中 期 報(bào) 告 2.目前存在的問題，下一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排（要詳細(xì)內(nèi)容） 1. 存在問題及解決措施 到目前為止，在設(shè)計(jì)的寫作中主要有以下幾個(gè)問題： 1) 對(duì)設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)認(rèn)識(shí)得不夠深刻，所以對(duì)命題的探討不夠深入。 2) 研究中引入的數(shù)據(jù)不夠，對(duì)相關(guān)問題的支撐程度不足。 3) 設(shè)計(jì)的各部分之間的銜接不夠強(qiáng)，有的地方缺少邏輯。 導(dǎo)致上述問題主要有兩個(gè)原因，一是研究不夠深入，二是撰寫不夠嚴(yán)密。針對(duì)這兩個(gè)原因，解決方法有： [1] 對(duì)設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)以及前人的研究成果理解程度需要更加深刻，在這個(gè)基礎(chǔ)上才能得到有深度的結(jié)論。 [2] 需要對(duì)已完成的內(nèi)容進(jìn)行多次審閱，從內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及用語等方面給予調(diào)整。 [3] 對(duì)于寫作過程中遇到的具體難題要多向指導(dǎo)老師請(qǐng)求援助。 2. 后期工作安排 在往后的設(shè)計(jì)寫作中主要研究任務(wù)是在已完成的基礎(chǔ)上給予完善三維建模，以及零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體的方法是參閱更多的相關(guān)研究文章，尤其是研究較為完整系統(tǒng)的書籍，深度提取其成果，結(jié)合本文的研究方向與思路來引用，另外，設(shè)計(jì)的進(jìn)度方面，在初稿基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，圖紙的繪制以及三維建模也要抓緊時(shí)間，爭(zhēng)取在五月下旬完成設(shè)計(jì)終稿。 中 期 報(bào) 告 3.指導(dǎo)教師對(duì)該學(xué)生前期研究工作的評(píng)價(jià)（是否同意繼續(xù)研究工作） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 備注：1、本表由學(xué)生填寫，指導(dǎo)教師親筆簽署意見。 2、以上各項(xiàng)句間距可以根據(jù)實(shí)際內(nèi)容需要調(diào)整。 11 任務(wù)書 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì)題目： 賽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 設(shè)計(jì)地點(diǎn): 指 導(dǎo) 教 師: 負(fù) 責(zé) 人: 發(fā)任務(wù)書日期: 任務(wù)書填寫要求 1．設(shè)計(jì)任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在學(xué)院的負(fù)責(zé)人審查、負(fù)責(zé)人簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在設(shè)計(jì)開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生； 2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生設(shè)計(jì)完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫； 4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（如0201140102,為10位數(shù)），不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 任 務(wù) 書 一、設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求： 根據(jù)中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)賽車傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化，協(xié)同制作中國(guó)大學(xué)生方程式賽車。賽車必須在加速、制動(dòng)和操控性方面具有非常優(yōu)異的表現(xiàn)，同時(shí)又必須具有足夠的耐久性能夠順利完成規(guī)則中提及的及比賽現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的所有項(xiàng)目。 二、設(shè)計(jì)課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 1、了解課題相關(guān)背景，熟悉、掌握汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及工作原理； 2、查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)15篇以上，其中至少有2篇外文相關(guān)文獻(xiàn)，并將其中1篇不少于2000詞的外文資料翻譯成漢語； 3、確定傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方案（萬向節(jié)、傳動(dòng)軸的布置）； 4、傳動(dòng)系統(tǒng)的建模與分析； 5、利用MATLAB與ADAMS軟件對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； 6、確定萬向節(jié)及傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)方案； 7、應(yīng)用CATIA對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)各部件進(jìn)行三維建模； 8、傳動(dòng)系統(tǒng)的加工制作； 9、制作FSC賽車、撰寫設(shè)計(jì)說明書1篇； 10、設(shè)計(jì)答辯。 任 務(wù) 書 三、對(duì)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等)： 1、 FSC賽車一輛； 2、 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)電子文稿、答辯PPT各一份； 3、外文翻譯一份。 四、設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2017年 2月13日~ 3月6 日 3月7日~ 5月20 日 5月21 日~6月10 日 調(diào)研、文獻(xiàn)檢索、制定方案，撰寫開題報(bào)告 制作中國(guó)大學(xué)生方程式賽車、撰寫設(shè)計(jì)說明書 準(zhǔn)備和進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)答辯 學(xué)生所在學(xué)院審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 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(jí)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(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（簡(jiǎn)稱FSC大賽）也是由中國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)主辦，有著“力爭(zhēng)上游，擎動(dòng)未來”的巨大夢(mèng)想，堅(jiān)持“穩(wěn)中求勝”的設(shè)計(jì)理念，立足于中國(guó)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(guó)際大學(xué)生方程式汽車大賽（簡(jiǎn)稱FSAE大賽） 賽事的成功經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)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(tái)。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(cè)試完成，耗時(shí)長(zhǎng)，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(cè)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(guó)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(píng)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(jiǎn)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(zhǎng)化趨勢(shì)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(jí)、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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)。在這樣的情況下，兩者之間不能用簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外研究狀況 3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 FSAE比賽開始在1980年初在美國(guó)舉辦的第一次比賽，國(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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(duì)汽車動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(guó)家對(duì)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(guó)等十幾家外國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（FSC）在上海舉行， 吸引了國(guó)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(jí)變速器和帶換檔凸輪的有級(jí)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(hào)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)。 參考文獻(xiàn) [1]JieChao,HangGong.FSAE Racing Gear Selection and Shifting Agencies Choose to Discuss the Impact o fCar Drivers[J].Applied Mechanics and Material,2015,3748(721):. 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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(mèng)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。 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 外文資料翻譯 原文名稱 Design of pneumatic transmission system base on FSC car 中文名稱 FSC賽車氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 原文來源： JieLi，ShsnHuYu,GangZhu,Advanced Materials Research，2013，共7頁 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師: 外文資料翻譯 外文資料翻譯 1　英文原文: (PDF格式) 2　中文翻譯: 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—基于大學(xué)FSC賽車 摘要：華南理工大學(xué)的FSC賽車氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)換檔，司機(jī)可以在較短的時(shí)間內(nèi)更加快捷地完成移位操作，從而提高比賽成績(jī)。根據(jù)預(yù)設(shè)程序驅(qū)動(dòng)換擋油缸和離合器油缸，壓縮二氧化碳在電控單元的操縱下完成整個(gè)傳動(dòng)過程。本文詳細(xì)討論了執(zhí)行器和電子控制單元的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)對(duì)由此產(chǎn)生的汽車調(diào)試問題，提出了系統(tǒng)的優(yōu)化方向。 關(guān)鍵詞:FSC賽車，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行器，控制單元 介紹 傳統(tǒng)的FSC賽車采用普通手動(dòng)換檔方式，對(duì)駕駛員的操作要求較高，影響了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和比賽的性能。華南理工大學(xué)的FSC賽車采用氣壓換檔系統(tǒng)代替手動(dòng)換檔系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)變速，具有減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，減少傳動(dòng)時(shí)間，提高汽車動(dòng)力性能和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性等顯著效果。 與手動(dòng)換擋系統(tǒng)相比，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 換擋更快，換擋時(shí)間縮短，有利于改善比賽結(jié)果； (2) 在駕駛過程中，司機(jī)可以一直緊握方向盤，提高車輛的機(jī)動(dòng)性； (3) 當(dāng)換檔時(shí)，盡可能減少駕駛員注意力的分散，駕駛員可以更好地加入到 比賽中，從而提高汽車的安全性。 研究方案 主要研究方法和依據(jù)：氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括參數(shù)測(cè)量設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制電路設(shè)計(jì)，部件采購(gòu)生產(chǎn)，裝配調(diào)試等。在設(shè)計(jì)過程開始之前，我們需要已知量的測(cè)量參數(shù)，如起重檔位的轉(zhuǎn)角，傳動(dòng)扭矩等。設(shè)計(jì)理論結(jié)合實(shí)際情況，如汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布局協(xié)調(diào)的組合空間等。反復(fù)進(jìn)行生產(chǎn)裝配過程，來驗(yàn)證各子系統(tǒng)的合理性和可靠性，確保氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)合理的換檔系統(tǒng)工作狀態(tài)，我們明確了車輛調(diào)試過程中調(diào)試目標(biāo)和調(diào)試方案。 主旨：在peumatic pick shift系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，我們必須解決以下問題： (1) 設(shè)計(jì)合理穩(wěn)定的氣壓回路，在原理上完成換檔動(dòng)作； (2) 設(shè)計(jì)滿足要求的控制電路，使其在工作流程中穩(wěn)定地運(yùn)作； (3) 氣力密封是可靠的，工作壓力符合設(shè)計(jì)要求； (4) 設(shè)計(jì)生產(chǎn)起動(dòng)離合器的操縱機(jī)構(gòu)，以滿足汽車順利啟動(dòng)要求； (5) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的測(cè)試與調(diào)試，測(cè)試工作系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)根據(jù)實(shí)際 情況調(diào)整控制參數(shù)，進(jìn)一步縮短換擋時(shí)間。 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理 轉(zhuǎn)換的過程：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速之間的關(guān)系為公式(1)： (1) ua是車速(km/h)，n是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)，r為車輪半徑(m)，ig是傳動(dòng)比，i0減速機(jī)齒輪比。賽車升檔，變速比降低，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低； 賽車降檔，變速箱齒輪比增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也提高。 在升檔過程中，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，可以通過三種方式實(shí)現(xiàn)：駕駛員松開加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射暫停，點(diǎn)火暫停。 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開關(guān)切斷，速度快速下降，驅(qū)動(dòng)器不需要釋放加速器，從笨重的動(dòng)作中消除，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率沒有影響，并確?；鸹ㄈ谡－h(huán)境下工作，減少受損。 因此，賽車行業(yè)通常采用發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火方式來完成賽車升檔動(dòng)作。 汽車可以控制Motec M800的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。在賽車降檔過程中，要使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，必須使離合器分離，司機(jī)踏上加速器及時(shí)補(bǔ)油。為了減少駕駛員疲勞，縮短時(shí)間等方面，我們?cè)O(shè)計(jì)氣壓離合器。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理：換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖如下圖1所示，氣瓶中的高壓氣體為動(dòng)力源，氣體通過減壓閥制動(dòng)氣缸。電磁閥用于控制離合器臂和搖臂運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)。 圖 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖 執(zhí)行器設(shè)計(jì) 氣體介質(zhì)：因?yàn)榈投趸嫉幕瘜W(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，我們可以從相關(guān)渠道購(gòu)買液氮或二氧化碳，最重要的是在日常生活中我們可以以液體形式儲(chǔ)存。 二氧化碳與氮?dú)庀啾?，完成相同的換檔次數(shù)，氮?dú)馄矿w積大于二氧化碳瓶，氮的價(jià)格高于二氧化碳。最重要的是液態(tài)二氧化碳在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于水族箱，因此瓶裝的更方便。綜合上述因素，我們選擇二氧化碳作為氣體介質(zhì)。 氣壓：考慮到電磁閥和氣缸的壓力為0.15?0.8MPa，出售的二氧化碳減壓閥的工作壓力可以調(diào)整，范圍為0?1MPa，執(zhí)行器的工作壓力700 kP(101.5 psi)。 氣缸模型：執(zhí)行器由兩個(gè)氣缸組成，每個(gè)控制裝置分別移動(dòng)搖臂和離合器的搖臂。氣缸模型主要確定氣缸類型，沖程，活塞面積和固定方式。 換檔氣缸通過氣體驅(qū)動(dòng)進(jìn)行來 運(yùn)動(dòng)，因此選擇雙作用氣缸。離合器氣缸依靠氣動(dòng)活塞桿出來，在外力作用下返回，所以選擇單作用氣缸。 變速缸的確定：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，移位角為14°，設(shè)計(jì)移位搖臂L1的長(zhǎng)度為110 mm。換檔齒輪軸和換檔油缸的安裝方法如圖2所示，活塞桿在降檔時(shí)熄滅，活塞桿升檔時(shí)返回，活塞桿處于中間位置時(shí)不動(dòng)作。 圖2換檔缸安裝原理圖 圖3氣缸行程的圖形方法 假設(shè)為80毫米迷你氣缸選擇沖程，圖2中的兩點(diǎn)距離為200毫米，通過已知的圖形方法(圖3)，提升氣缸沖程為50 mm。為了方便安裝和吸氣，用20 mm限額計(jì)算沖程余量，因此氣缸沖程大于70mm。根據(jù)GB/T2349-1980流體動(dòng)力系統(tǒng)和部件—?dú)飧住?基于一系列的活塞沖程，結(jié)果表明，沖程為80 mm的氣缸可以滿足設(shè)計(jì)要求，并使氣缸的響應(yīng)時(shí)間最小化，因此氣缸沖程S1為80 mm。 降檔，活塞桿突出。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使換檔軸順時(shí)針轉(zhuǎn)矩T1=6300 N?mm，搖臂長(zhǎng)度L1為110 mm(L1=110 mm)，作用力與搖臂之間的角度α為65°(α=65°) ，安全系數(shù)S為1.5，根據(jù)公式(2)，氣缸推力F1為95N(F1=95N)。 (2) (3) 通過公式(3)，其中p=700 kPa，我們可以獲得活塞直徑D1=13.14 mm。升檔時(shí)，活塞桿返回。以同樣的方式， (4) 通過公式(4)，其中p=700 kPa，因?yàn)榛钊麠U壓縮和張力，所以d2=0.5D2，我們可以獲得活塞直徑d2=16.38 mm?？傊?，根據(jù)GB/T 2349-1980流體動(dòng)力系統(tǒng)和部件—?dú)飧??；谝幌盗械幕钊麤_程，我們得到變速箱內(nèi)徑D=20 mm，活塞桿直徑d=8 mm。檢查符合要求。 離合器缸的確定：離合器氣缸的安裝方法如圖4所示，活塞桿脫落時(shí)出現(xiàn)。 圖4離合器缸安裝方式 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，離合器T3的單獨(dú)扭矩為11820N?mm（T3 = 11820N?mm），設(shè)計(jì)的離合器臂L3為70 mm（L3 = 70 mm），作用力與搖臂之間的角度β為77 °（β= 77°），安全系數(shù)S'為2，根據(jù)公式（2），氣缸推力F3 = 346.6N，根據(jù)公式（3），活塞直徑D3 = 25.11 mm。 根據(jù)“GB/T 2348-1993流體動(dòng)力系統(tǒng)和部件—?dú)飧着鹕昂突钊麠U直徑”來計(jì)算氣缸內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)化，離合器缸內(nèi)徑D=32mm。同樣，離合器分離角度為35°(包括自由行程)，最后選擇離合器油缸行程S3=50mm。總之，換氣缸是20×80mm的小號(hào)雙作用筒，固定的方式是鉸鏈；離合器缸是32×50mm中號(hào)單動(dòng)圓柱，固定的方式是鉸鏈。 氣缸容積：氣瓶的二氧化碳作為一個(gè)系統(tǒng)，在完成轉(zhuǎn)變過程中，系統(tǒng)與環(huán)境之間交換的熱量是Q，交換的功是W，由于轉(zhuǎn)換過程非常快，通過傳熱損耗的能量Q很小，可以忽略不計(jì)： (5) W 是當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗的能量。W1是升檔時(shí)氣缸工作消耗的能量，W2是降檔時(shí)汽缸工作時(shí)消耗的能量，W3是離合器氣缸工作消耗的能量，完成一個(gè)換檔周期(一次升檔，下移降檔)，離合器氣缸工作一次，換氣缸工作二次，氣缸總能量W表達(dá)如下: (6) 在把二氧化碳從液體變成氣態(tài)的過程中，熱力學(xué)能是 (7) m是完成轉(zhuǎn)變周期的二氧化碳質(zhì)量，T1，T2是二氧化碳之前和之后的溫度變化，T1是293 k，T2是323 k，C1，C2可以通過查表得到。計(jì)算得到二氧化碳的質(zhì)量是0.090 g。假設(shè)轉(zhuǎn)變次數(shù)n最好是2500次，現(xiàn)在考慮傳熱損失的能量，安全系數(shù)S=2.5，這里用于完成比賽的二氧化碳的質(zhì)量是： (8) 對(duì)比市場(chǎng)上的二氧化碳?xì)馄浚?.8 L的二氧化碳?xì)馄靠梢詽M足要求。 電磁閥的類型：考慮到只需要傳動(dòng)離合器油缸活塞桿，所以我們可以選擇兩三個(gè)常用的閉合電磁閥。壓縮氣體驅(qū)動(dòng)移動(dòng)氣缸活塞桿縮回，當(dāng)不換擋時(shí)，氣缸需要保持中立地通過3.5個(gè)排放壓力的電磁閥控制。由于汽車電源電壓為12 V，所以選擇12 V電的磁閥。 啟動(dòng)離合器控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在變速、離合器快速結(jié)合的過程中，氣動(dòng)控制系統(tǒng)為了確保汽車起動(dòng)，汽車應(yīng)采用通過纜繩分離和離合器控制組合的離合器控制機(jī)構(gòu)。 汽車應(yīng)該通過纜線分離和離合器控制組合，從開關(guān)控制機(jī)構(gòu)開始。設(shè)計(jì)起動(dòng)離合器，應(yīng)考慮方案的可行性。圖5和圖6是材料和安裝示意圖。 圖5 起動(dòng)離合器的物理圖 圖6 起動(dòng)離合器的安裝簡(jiǎn)圖 控制單元的設(shè)計(jì) 控制的任務(wù)：司機(jī)通過按一個(gè)按鈕，提升信號(hào)，控制單元驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥，壓縮氣體帶動(dòng)相應(yīng)的汽缸工作，實(shí)現(xiàn)了換擋操作。表1是控制單元的工作過程: 表 1 控制單元的工作過程 發(fā)送降檔指令 ↓ 離合器電磁閥工作 ↓ 離合器電磁閥和降檔電磁閥一起工作 ↓ 降檔電磁閥停止工作 離合器電磁閥繼續(xù)工作 ↓ 離合器電磁閥停止工作 升檔行為結(jié)束 發(fā)送升檔指令 ↓ EUC點(diǎn)火控制 ↓ 降檔電磁閥和EUC關(guān)閉點(diǎn)火控制一起 ↓ EUC點(diǎn)火控制 降檔電磁閥停止工作 完成降檔 電路設(shè)計(jì)：電路的原理圖如圖7所示。 圖7電路工作原理圖 電路的特性 (1) 兩個(gè)中斷的按鈕設(shè)置(P3.2和P3.3)，與常用的die循環(huán)查詢方法相比，信號(hào)處理更快； (2) 由于51系列單片機(jī)(MCU)的特點(diǎn)，電力輸出的全部默認(rèn)值為高水平。如果直接使用單片機(jī)控制芯片，會(huì)導(dǎo)致為了幾微妙所有電磁閥一起工作。使用74HS04逆變器作為反向處理的信號(hào)，使單片機(jī)信號(hào)進(jìn)入低電平，使初始工作正常。信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥通過常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886，MC33886，能夠提供滿足電磁閥0.25A的工作電流。 編程設(shè)計(jì)：本程序結(jié)合了Keil uVision4與C語言。由于有C語言的程序，因此注釋清晰，易更改，容易控制和關(guān)閉時(shí)間?？梢钥吹匠绦蚪Y(jié)構(gòu)的流程圖。海外團(tuán)隊(duì)的最佳時(shí)間是200毫秒。為了保護(hù)引擎和其他原因，程序的初始設(shè)定時(shí)間相應(yīng)出現(xiàn)。通過實(shí)際車輛調(diào)試，將電梯控制時(shí)間調(diào)整到最佳方式。 控制單元的改進(jìn)：STC1F04E單片機(jī)控制芯片，有一些不穩(wěn)定的問題，比如讀齒輪信號(hào)問題，完成換擋信號(hào)不清楚，響應(yīng)延遲等。與單片機(jī)相比，ECU有非常穩(wěn)定的功能，并能切實(shí)有效地解決外部誤差信號(hào)的干擾，準(zhǔn)確地執(zhí)行司機(jī)控制動(dòng)作。結(jié)合汽車的情況，我們直接使用ECU控制移位信號(hào)。MoTec M800有移位控制功能，不需要復(fù)雜的手動(dòng)編程，只在ECU程序中設(shè)置一些參數(shù)。同時(shí)ECU布線方便，因此，將A32，A33和A34三個(gè)插頭與相應(yīng)的電磁閥控制直接連接，圖10顯示了右上部分的3個(gè)引線。 圖10 MoTec M800 ECU部分附件 結(jié)論 本文對(duì)華南理工大學(xué)的FSAE汽車的設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜合分析。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)直接影響著汽車的操作，換擋系統(tǒng)直接影響汽車的性能。本文結(jié)合三者的參與經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，主要介紹了氣動(dòng)換擋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)華南理工大學(xué)FSC賽車的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。 7