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毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（整体车架设计、标准安全系统及座椅附件设计）2013年5月30 日方程式赛车整体车架设计摘要FSAE赛车是一项以大学生为对象的赛事，旨在为汽车工业培养更多的优秀人才，参赛的赛车全都由各高校研究设计。
由于是为比赛而设计的赛车车架，因此设计时必须要考虑赛事技术规范。
我的毕业设计就是为FSAE 赛车设计车架。
赛车的车架设计必须要考虑赛车发动机、驾驶员的布置以及赛车各个总成的布置。
又由于赛车车架是赛车的主要受力结构，赛车上的几乎所有的结构以及部件都是有车架直接或者间接支撑，所以车架的结构一定要合理，同时强度刚度必须达到一定的要求。
在车架设计之初，要将大赛的有关规定和评分标准完全掌握，对各部件该怎么布置，布置在什么方位有一个清晰的规划。
同时为了使以后的车架结构设计更为合理，我参考了天津大学、湖南大学以及部分国外的车架。
进入设计阶段后，在对比了车架的结构形式后，选择了桁架式的车架。
根据强度要求，选择车架的材料。
在确定了悬架的安装位置后，依据技术规范、赛车的整体布置、发动机以及人体模型确定车架大致的整体尺寸，然后建立几套车架的雏形；再优化车架结构使整体各个系统能合理的布置在车架上，直至使车架结构满足各个方面的要求。
在几套车架结构基本定型以后，开始对车架进行结构受力分析、优化以及对比，选择结构合理质量最轻的车架。
关键词：FSAE，车架，技术规范，发动机，驾驶员FORMUL SAE—A SPACE FRAME DESIGNABSTRACTThe FSAE vehicle race is one takes university student as the sports event of object,for the purpose of creates more outstanding talents for the automobile industry,participating vehicle race all by various university research and designs. As a result of competition vehicle race frame of design, when design must consider the sports event technology standard.My graduation project designs the frame for the FSAE vehicle race. The frame design of vehicle race must consider the the arrangement of arrangement as well as vehicle race each unit of vehicle race engine and pilot. Because vehicle race frame is the main stress structure of vehicle race, almost all structures as well as the parts in vehicle race have the frame direct or indirect support, therefore the structure of frame is certainly reasonable, simultaneously the intensity rigidity must meet certain requirements. At the beginning of the frame designs, must completely grasps the concerned requirements and point scale of big game, how should arrange to various parts, arranges has a clear plan in any position. Simultaneously to make the later vehicle frame design is more reasonable, I have referred to some Tianjin University, Hunan University as well as overseas frames. After being in the design stage, after contrasting the structural style of frame, has chosen the truss-type frame.According to the intensity request, chooses the material of frame. After locating the airflow distribution of suspension fork, according to the overall arrangement, engine of as well as the manikin determination frame approximate overall size technology standard and vehicle race, then establishes the embryonic form of several sets of frame; Optimizes the vehicle frame to enable the overall each system again to arrange reasonably on the frame, until makes the vehicle frame meet the request in each aspect. After several sets ofvehicle frame finalizes basically, starts to carry on the structure analysis of accepting force, to optimize as well as contrast to the frame, optional structure reasonable quality lightest frame.KEY WORDS: FSAE, frame, technology standard, engine, pilot目录第一章赛车概述 (1)§1.1 国外Formula SAE简介 (1)§1.2 中国大学生方程式汽车简介 (2)第二章车架结构特点综述 (3)§2.1 车架的功用与要求 (3)§2.1.1 车架的功用 (3)§2.1.2 对赛车车架的要求 (3)§2.2 车架的计算 (4)§2.3 车架综合实验要求 (4)§2.3.1 车架的应力测定 (5)§2.3.2 车架的刚度测定 (5)§2.3.3 可靠性与耐久性台架试验 (5)§2.3.4 随整车进行的可靠性道路试验或试车场试验以及使用试验 (5)第三章车架类型方案的对比与分析 (6)§3.1 一体式金属车架 (6)§3.2 单体式车架 (7)§3.3 桁架式车架 (7)第四章车架的材料以及结构 (8)§4.1 车架材料的材料力学分析 (8)§4.2 方程式赛车车架材料的技术规范要求 (8)§4.3 车架材料的选择 (9)§4.4 赛车车架的结构 (10)§4.5 车架应力的消除 (10)第五章大学生方程式赛车车架设计 (11)§5.1 赛车整体结构的设计 (11)§5.2 赛车驾驶舱的设计 (14)§5.3 赛车各个系统及零部件在车架上的安装位置的设计 (15)§5.3.1 悬架系统的安装位置的设计 (15)§5.3.2 转向系统安装位置的设计 (17)§5.3.3 传动系统的要求 (18)§5.4 安全系统的要求 (18)第六章赛车车架的结构分析和优化 (21)§6.1 车架在实际环境下的受力 (21)§6.2 车架的结构分析方法 (21)§6.3 有限元分析方法的基本原理 (22)§6.4 有限单元法的分析步骤 (23)§6.5 基于有限元分析方法的车架的分析 (24)§6.6 基于有限元分析方法的碰撞块分析 (24)第七章座椅设计 (26)§7.1 人性化座椅设计 (26)§7.1.1 系统中人和机的职能分工 (27)§7.1.2 体坐姿体压分布 (28)§7.1.3 座垫上的体压分布 (28)§7.2 汽车座椅舒适性设计 (30)§7.2.1 座椅强度的设计 (30)§7.2.2 座椅结构型式的设计 (30)§7.3 座椅蒙皮、椅垫阻燃设 (31)第八章结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第一章赛车概述§1.1国外Formula SAE简介Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。
毕业设计说明书学院：机械工程系(专业)：车辆工程题目：方程式赛车悬架系统设计分析毕业设计（论文）中文摘要目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 FSAE大学生方程式汽车大赛简介 (1)1.3 赛事意义 (4)1.4 课题的主要任务 (5)2 FSAE悬架设计 (6)2.1 FSAE底盘规则概况 (6)2.2 悬架概述 (8)2.3 悬架设计要求 (9)2.4 悬架结构的选型 (10)2.5 双横臂独立悬架导向机构的设计 (11)2.6 FSAE赛车悬架参数 (15)2.7 车轮定位参数 (23)2.8 弹性元件、减震器的选择与布置 (24)2.9 A臂材料与尺寸 (25)2.10 连接件及轴承的选择 (26)2.11 CAD图与CATIA三维实体图 (29)2.12 主要零件的受力分析 (40)3 方程式悬架的运动仿真 (45)3.1 ADAMS软件简介 (45)3.2 ADAMS基本模块 (46)3.3 前悬架模型的建立 (47)3.4 模型的仿真 (53)3.5 仿真曲线的后期处理 (60)结论 (66)参考文献 (67)致谢................................................. 错误!未定义书签。
1绪论1.1引言悬架是现代汽车上的重要总成之一[1]，由于双横臂悬架有较好的运动特性，因此在越来越多的轿车的前悬上得到应用，特别是在赛车上，更是得到广泛运用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响。
操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度, 而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能[2]。
本文根据中国FSC大赛规则对赛车的悬架系统进行了设计与分析。
汽车的四轮定位决定了整车的运动性能，前转向轮的定位整合了转向与悬架系统的所有几何参数[3]。
悬架的运动学性能直接影响操纵稳定性等汽车使用性能，而正确的车轮定位参数能够使赛车的运动性能得到良好地发挥，同时还能够增加赛车的安全性与舒适性提高轮胎的使用寿命[4]，减轻驾驶员的驾驶疲劳。
目录引言 (2)1车架外形设计 (2)1．1车架设计和制作的整体思路 (2)1. 1. 1车架设计思路 (2)1. 1. 2车架制造思路 (2)1．2车架整体设计 (2)1．2．1车架形式选择 (2)1.2.2车架材料选择 (3)1．2．3车架用钢管规格选择 (4)1. 3车架各部分设计 (5)1. 3. 1底盘外形设计 (5)1．3．2前隔板设计 (6)1. 3. 3前环设计 (7)1. 3. 4前隔板支架 (9)1. 3. 5前环支架 (10)1. 3. 6主环与肩带安装管 (11)1. 3. 7主环支架 (12)1. 3. 8侧防撞结构设计 (14)1. 3. 9发动机安装区的设计 (15)1．3．10后悬架安装区设计 (16)1．3．11其他斜支撑管 (16)2 车架有限元模型的建立 (17)2.１车架实体模型的建立 (17)2．3载荷的分析与处理 (18)2．4车架工况分析 (18)2．4．1弯曲工况 (18)2．4．2扭转工况 (19)2．4．3前右轮悬空 (19)2．4．4右后轮悬空 (20)2．4．5制动工况 (20)2．4．6转弯工况 (21)2．5车架的模态分析 (22)3 结束语 (3)车架设计引言赛车的车架是支撑赛车其他部件，构成赛车主体的重要部件。
该报告就是叙述车架设计的整个过程的，其主要包含两大部分内容:车架外形设计、车架有限元分析。
车架外形设计从车架的形式选择、材料选择、管件规格选择和各部分详细设计等方面进行了叙述。
车架有限元分析主要运用ANSYS力学分析软件对车架模型进行了计算机模拟分析，主要利用有限元方法通过工程分析软件ANSYS对车架进行静态强度和模态分析，获得车架在不同工况下的变形量和强度载荷及不同阶数的固有频率和振型，检验车架的结构是否合理，并未其改进提供依据。
1车架外形设计1．1车架设计和制作的整体思路1. 1. 1车架设计思路如果把一辆赛车比作一个充满活力的运动员的话，车架就是他的骨骼。
FSAE⼤学⽣⽅程式赛车（电动版）设计说明书以⼤学⽣⽅程式赛事为背景，参考⼴西⼯学院⿅⼭学院⼤学⽣⽅程式赛车作为基础，应⽤汽车理论和汽车设计等相关知识结合⽐赛规则，对赛车的基本尺⼨、质量参数和赛车的性能参数进⾏选择，对赛车各总成进⾏选型和总布置，进⾏赛车蓄能系统、再⽣制动系统以及⾏驶系统、传动系统进⾏设计。
根据同组同学确定的驱动系统，结合⽐赛需求计算出电池、电容容量和要求，选择电池、电容型号和组合形式，确定出外形尺⼨和质量和安装位置。
再为蓄能装置匹配出合适的充电系统。
设计节能环保的再⽣制动系统,然后按照⿅⼭⼆号对纯电动⽅程式赛车的⾏驶系统、传动系统进⾏改动,最后再结合同组同学的参数，确定整车的设计参数。
随着全球能源、环境问题的⽇益严峻，节能环保的纯电动车辆将会成为下⼀个时代的主流。
关键词：⼤学⽣⽅程式赛车；总布置；磷酸铁锂电池；超级电容Students Formula One racing events as the background, refer to the Guangxi Institute of Technology the Kayama College Students Formula One racing as a basis for the automotive design and automotive theory and other related information as well as the FSAE competition rules，application of automotive theory and knowledge of automotive design , combined with the rules of the game , the basic dimensions of the car , quality parameters and performance parameters of the car selection , selection and general arrangement of the assembly of the car , the car energy storage system , regenerative braking system and driving system, transmission system design.According to the same group of students to determine the drive system , combined with the game needs to calculate the battery, capacitor , capacity and requirements , select the battery, capacitor model and the combination to determine the shape size and quality , and installation location . Match the charging system for the energy storage device . The regenerative braking system of the design of energy saving and environmental protection , and then follow the Lushan II Formula One racing for pure electric driving system , the transmission system to make changes , and finally combined with the parameters of the same group of students to determine the design parameters of the vehicle .Keywords:college students and Formula One racing ; general arrangement ; lithium iron phosphate batteries ; super capacitor ⽬录1 绪论 (4)1.1 ⼤学⽣⽅程式赛事介绍 (4)1.2 ⼤学⽣⽅程式的历史 (4)1.3 赛事意义 (5)1.4 国内外发展现状 (5)2 纯电动⽅程式赛车总布置设计 (6)2.1 赛车主要参数的选取 (6)2.1.1 纯电动⽅程式赛车机械部分参数的选取 (6)2.1.2 赛车性能参数的选取 (7)2.1.3 悬架主要参数（学院车队提供） (8)2.2 赛车驱动电机的选取 (8)2.2.1 电机类型的选择 (8)2.2.2 电机功率的选择 (9)2.3 赛车各总成选型原则和总布置 (10)2.3.1 悬架、轮胎的选择 (10)2.3.2 制动系统 (10)2.3.3 车架 (11)2.4 ⼈机⼯程 (11)2.4.1 ⼈体尺⼨ (11)2.5 赛车的轴荷分配 (12)2.5.1 学院⿅⼭2号的轴荷分配 (12)2.5.2 纯电动⽅程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算 (13)2.5.3 纯电动⽅程式赛车轴荷的分配 (13)3 储能装置的选择 (14)3.1 蓄能装置的容量计算 (14)3.1.1 赛车的续驶⾥程 (14)3.1.2 蓄能器容量的计算 (14)3.2 蓄能装置类型的选择 (14)3.2.1 ⾼⽐能量蓄能装置 (14)3.2.2 ⾼⽐功率储能设备的选择 (17)3.2.3 ⾼⽐功率装置的计算 (17)3.2.4 超级电容的计算 (22)4 充电器的设计 (24)4．1 锂离⼦电池充电⽅法 (24)4.1.1 常⽤的充电⽅法[10] (24)4.1.2 赛车充电放式的选取 (25)4．2 赛车的充电要求 (25)4.2.1 赛车的充电要求 (25)4.2.2 充电器⽅框图 (26)4.2.3 充电器的分析 (27)5 再⽣制动 (29)5.1 赛车制动⼒矩的计算 (29)5.1.1 赛车制动⼒的要求 (29)5.1.2 赛车制动⼒的计算 (29)5.2 制动距离和制动减速度 (30)5.2.1 制动减速度计算 (30)5.2.2 制动距离计算 (31)5.3 制动效能的恒定性 (31)5.4 制动的稳定性 (31)5.5 前、后制动器制动⼒的⽐例关系 (31)5.5.1 求出I曲线 (31)5.5.2 具有固定⽐值的前、后制动器制动⼒分析 (32)5.6 赛车要求的最⼤制动⼒ (33)5.6.1 赛车最⾼车速下所具有的能量 (33)5.6.2 塞车的制动⼒要求 (34)5.6.3 赛车制动器制动⼒的选取 (34)5.6.4 赛车再⽣制动路线分析 (36)6 机械传动系统与⾏驶系 (37)6.1 机械传动系统 (38)6.2 ⾏驶系 (38)6.2.1 车架 (38)6.2.2 车桥和车轮 (38)6.2.3 悬架 (39)致谢 (42)参考⽂献 (43)1 绪论1.1 ⼤学⽣⽅程式赛事介绍全球可利⽤能源逐渐减少、环境恶化的形式越来越严峻，⼈类需要⼀个更安全、低碳的能源体系及环境。
方程式赛车SAE制动和车架的介绍摘要本文是对方程式SAE（FSAE的）悬架和框架设计上的设计团队在UM的罗拉经验介绍。
的基本理论和设计这些系统的方法提出，使新的团队将能为他们的第一FSAE的设计基准。
例子我们会根据在UM -罗拉的1996 FSAE的条目。
简介方程式SAE是一个学生的竞争，由美国汽车工程师学会（SAE），其中学生设计，构建和竞争方程式风格的小赛车赞助。
本次比赛的基础是一个虚构的公司签订了合同的工程师建造一座小型方程式赛车组。
由于汽车是周末越野赛车打算，该公司已经制定了8,500元的最高成本。
比赛规则限制了赛车引擎的610cc与单一入口节流最大位移。
其他规则要求的汽车必须有一个最小为50mm轮旅行和轴距大于一千五百二十四毫米悬挂系统。
这款车还必须符合安全要求，如侧撞保护比赛分为静态和动态的活动。
静态活动包括成本分析，销售演示和工程设计。
比赛的动态部分是15.25米直径防滑垫，91.44米加速时，越野0.8公里，44公里耐力赛，和燃油经济性。
运行FSAE比赛的设立是为了提供一个当代大学生的教育经验，是类似的项目类型，他们将面对的工作队伍。
参加FSAE的，学生团体与从抽象的设计阶段项目，直到它完成。
工程设计，团队合作，项目管理，财务方面都被纳入一级方程式SAE的基本规则。
本文涵盖的悬挂和框架设计的一些基本概念，并强调了UM的罗拉设计时其1996年的暂停和框架的方法。
受部分涉及的基本设计参数，并提出具体的例子。
框架部分讨论如何实现与FSAE的设计约束妥协。
最后，设计部门提供了一个由UM的罗拉用于1996年赛车的设计方法的简要概述。
1996年完成队12日在工程设计活动，而整体成绩是77国参赛车队19了。
1 悬挂几何受几何部分集中的悬架设计的基本领域，并突出一些什么UM的罗拉设计团队1996年的赛车悬挂几何选择。
FSAE的悬浮工作在汽车动力主要是由于有限的转弯是由大小管辖的速度在赛道狭窄的领域。
FSAE悬架几何设计总结一、赛车基本参数的确定1■轮距与轴距的确定轮距与轴距目前并无确定的方法精确计算，比较常见的是参考国外所给出的一个经验公式：B = KL式中，B为轮距，L为轴距，K为经验系数，查相关资料得知K 一般取0.656~0.806以下为各个参数值影响与限制条件：1) 轮距:①在合理的情况下，轮距应当尽可能大，轮距越大，转向时横向负载转移越小，有利于提高车子的稳定性，但太大则需要提供很大的转向力。
②由于驱动轮轮距窄有利于车子出弯提速，故后轮轮距一般比前轮轮距小。
④⑤⑥⑦2) 轴距：①长轴距会比短轴距有更小的载荷转移，对于车子稳定性、受力情况较好。
②轴距越大，整车的质量也就越大，并且还需考虑车子上各个部件的安装问题，一般要考虑人机工程学、发动机的大小与布置，轮胎宽度与悬架上下A臂的安装要求。
参考往年学校车队与其他车队的数据，综合考虑以上因素，轴距定为1600mm 前后轮距分别为1250/1200mm2.其他参数的确定对于质心高度与轴荷比，由于这和各个部件的安装设计和后期的装配有关，此处参考去年数据确定。
以下则为基本参数的数据表:、前悬架设计1，正视图几何在正视图几何中设计参数的确定如下面所述：1) 车轮外倾角(wheel-camber-angle) 前轮外倾角的影响：①一定的角度能够产生回正力矩。
②太大会使转向困难。
③参考R.C.V.D，当外倾角在-5时具有最大的侧向力④一般取正值，以补偿因车重而下压使得外倾角向负值变化的趋势，应使得车子在行驶过程中轮胎能够与地面更多的均匀的接触，减少个别地方磨损严重的现象。
⑤负的外倾角能够增加车子过弯时的稳定性，此处与轮胎的磨损相制约，与进行相应的取舍。
查看相关论文，得知前轮外倾角一般为- 2到4 ,此处初定为2 ,后期会设计调 整装置，对前轮的外倾角进行调节2）底盘侧倾角（chassis-roll-angle ）此处尚缺少理论依据，查阅相关资料，初定为 33）等效摆臂长度（fvsa ） 参考R.C.V.D , fvsa 由以下公式计算:rollcamber 二 wheel 一 camber 一 anglechassis - roll - angle式中：t = trackwidth ，为轮距，前轮为 1250mm ，后轮为 1200mm 。
＠＠［１］陈启武．香菇与姬松茸［Ｍ］．贵阳：贵州科技出版社，２００３：１９－２０．＠＠［２］陈义厚，李定国．稻草水洗撕裂机的研制［Ｊ］．机械设计与制造，２００４ （２）：１１２－１１３．＠＠［３］沈再春．农产品加工机械与设备［Ｍ］．北京：中国农业出版社，１９９９：４５－ ４８．＠＠［４］刘德军．农作物秸秆丝化加工特点及机理分析［Ｊ］．农机化研究，２００４ （７）：５８－６０．＠＠［５］郭艳．盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响［Ｊ］．吉林农大学报， ２００３（２）：３８－３９．＠＠［６］姚维祯．畜牧机械［Ｍ］．北京：中国农业出版社，１９９６：８３－９１．ＦＳＡＥ赛车双横臂悬架优化设计１００１－３９９７（２０１１ ） １０－０１２０－０３吴健瑜罗玉涛黄向东华南理工大学广东省汽车工程重点实验室，广州５１０６４０Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ－ｗｉｓｈｂｏｎｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒ ＦＳＡＥ ｒａｃｉｎｇ ｃａｒ ＷＵ Ｊｉａｎ－ｙｕＬＵＯ Ｙｕ－ｔａｏ ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｄｏｎｇ ［摘 要］利用ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块建立大学生方程式赛车（ＦＳＡＥ）双横臂独立悬架仿真模型；对模型进行运动学仿真，对表征悬架运动学性能的参数进行分析以确定优化目标；利用ＡＤＡ ＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ模块通过设定设计变量、综合目标函数和约束条件进行多目标优化设计；根据优化结果修改悬架的运动学仿真模型，再次进行仿真分析，并比较优化前和优化后悬架的综合性能；仿真结果表明，优化后的悬架综合性能得到明显提高，证明了多目标优化设计方法的有效性和正确性。
ＦＳＡＥ赛车；双横臂独立悬架；建模仿真；优化设计ＴＨ １６； Ｕ４６３．３ Ａ２０１０－１２－２１中央高校基本科研业务费专项资金资助（ ２００９ＺＺ００２９）万方数据万方数据＠＠［１］余志生．汽车理论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．＠＠［２］刘虹，王其东．基于ＡＤＡＭＳ双横臂独立悬架的运动学仿真分析［Ｊ］．合 肥工业大学学报，２００７，３０（１ ）：５７－５９．＠＠［３］褚志刚，邓兆祥，胡玉梅，等．汽车前轮定位参数优化设计［Ｊ］．重庆大 学学报，２００３，２６（２ ）：８７－８９．＠＠［４］何耀华，闵斌云．基于ＡＤＡＭＳ的双横臂独立悬架的优化设计［Ｊ］．拖拉 机与农用运输车，２００６，３３（６）：７３－７４．＠＠［５］于海峰，于学兵．基于ＡＤＡＭＳ的双横臂独立悬架优化仿真分析［Ｊ］．机 械设计与制造，２００７（ １０）：５６－５８．＠＠［６］宋传学，蔡章林．基于ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ的双横臂独立悬架建模与仿真［Ｊ］． 吉林大学学报，２００４，３４（４）：５５４－５５８．＠＠［７］李文君，蒋永林，高树新，等．双横臂独立悬架空间运动学分析［Ｊ］．汽车 工程，２００６，２８（６ ）：５２９，５５８－５６０．＠＠［８］郭孔辉．汽车操纵动力学［Ｍ］．长春：吉林科学技术出版社，１９９１．＠＠［９］吕振华，常放，杨道华，等．利用ＡＤＡＭＳ对双横臂独立悬架进行仿真 分析［Ｊ］．汽车科技，２００５（５）：７－８．＠＠［１０］杨荣山．轿车底盘平台开发中多目标优化理论的研究及应用［Ｄ］．广 州：华南理工大学，２００９．＠＠［ １１ ］ Ｌｙｎｎ Ａｌｆｒｅｄ，Ｓｍｉｄ Ｅｄｚｋｏ，ｅｔ ａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｕｓｉｎｇ ＡＭＥＳｉｍ ａｎｄ Ｍａｔｌａｈ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉ ｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００５（ ５８０５ ）： ２４－４０．万方数据。
FSAE赛车车架的结构分析与优化FSAE赛车的车架结构分析与优化是设计和制造一台高性能赛车的关键步骤之一、车架作为车辆的骨架，对于操控性能、安全性和整体刚性都起着至关重要的作用。
本文将对FSAE赛车的车架结构进行分析与优化，以提升车辆的性能和竞争力。
首先，车架的主要设计目标是轻量化和刚性化。
轻量化是为了减少整车质量，提高加速性能和操控性能；刚性化是为了保证车身的稳定性和操控精准度。
因此，在车架的结构设计中需要考虑材料的选择、截面形状和连接方式等因素。
材料选择是车架设计中的关键一步。
传统的FSAE赛车车架多使用钢材料，具有较高的刚性和强度。
然而，随着材料科学的发展，一些新型材料如碳纤维复合材料也被应用在赛车车架中。
这些材料具有高强度、低密度和优异的疲劳性能，能够有效减轻整车重量。
因此，在车架结构分析与优化中需要综合考虑材料的性能与成本，选择适合的材料。
截面形状是车架设计中的另一个重要因素。
通常，车架的截面形状可以采用圆管、方管或梁片等形式。
对于FSAE赛车来说，圆管具有良好的韧性和抗弯性能，且易于加工和连接。
但是方管由于其截面形状的不规则性，可以在一定程度上提高刚性和扭转刚度。
因此，在车架结构设计中需要结合比较不同截面形状的优缺点进行分析与优化。
连接方式是车架设计中的关键环节。
常用的连接方式包括焊接、螺栓连接和铆接等。
焊接是实现车架连接的常见方式，具有优秀的刚性和强度。
但是焊接时容易造成应力集中和变形，要求工艺严格控制。
螺栓连接和铆接则具有拆卸方便和更好的应力分散的特点。
因此，在车架结构设计中需要根据实际情况选择合适的连接方式。
车架的优化设计需要依靠结构分析方法。
结构分析可以通过有限元分析等方法来模拟车架的力学性能，验证设计的合理性，并找到潜在的问题和改进的空间。
在结构分析的基础上，可以进行参数优化，使得车架在保持刚性的前提下，减少重量的同时提升整体性能。
例如，在节点的设计中，可以对材料的厚度、连接方式和表面形状等参数进行优化，以提高刚性和减轻重量。
FSE方程式赛车悬架和车架的设计介绍（只翻译悬架部分）Edmund F. Gaffney lll and Anthony R. SalinasUniversity of Missouri-Rolla 概要这是一篇基于UM-Rolla队设计经验的有关SAE方程式赛车悬架和车架的设计介绍性文章。
在这里呈现的是一些基础理论和方法，所以一些刚起步的队伍可以遵循这里面的一些基础来设计他们的赛车。
所列举的例子是参照于UM-Rolla队的1996年的参赛数据。
1.悬架几何学悬架几何方面关注于悬架设计的一些基础性知识并着重于UM-Rolla队1996年的设计。
FSAE的悬架由于受过弯速度的限制只能在汽车动力学很狭隘的一个领域内运作，正如你所知道的，过弯速度又是受到跑道尺寸的限制。
因此，FSAE悬架的设计应该严格遵守比赛的要求。
例如，汽车的轮距和轴距是影响操作稳定性至关重要的因素。
这两个方面不仅影响着载荷转移，同时还影响着过弯半径。
此外，我们不仅只能关注于悬架的几何学方面，还得考虑元件的价格还有市场上是否能买得到。
例如，inboard suspension很容易在市场上买到而outboard suspension可能比较便宜些而且制作起来也更加容易些。
UM-Rolla队使用推杆驱动的螺旋弹簧独立悬架系统。
做出这样的决定主要是因为受到安装技术的限制。
此外，不管是对裁判还是对供应商来说，inboard suspension更为适合如今的赛车。
尽管我们所讨论的是上下臂不等长的悬架系统，但你要知道的是这其中的大部分概念对于其他的悬架系统也同样适合。
轮距如图1所示，轮距是汽车左右两侧车轮中心线之间的距离。
对于过弯来说，这是非常重要的一个概念，因为它可以抵制重力作用于质心的惯性力（CG）和作用于轮胎的侧向力所共同产生的倾覆力矩。
对于赛车设计者来说，轮距是影响赛车横向负荷转移的一个至关重要的因素。
这也就是说，在悬架的运动分析之前，设计者一定要对轮距有个深刻的了解。
FSAE赛车悬架设计与优化摘要悬架作为赛车的重要总成之一，对赛车的整体性能影响巨大。
本文以FSAE大赛为背景，以浙江科技学院Attacker3赛车为研究对象，以Attacker2赛车为参照对象，进行一下几项研究与设计：1、对比螺旋弹簧减震器和空气弹簧减震器，分析两种减震器的刚度变化差异与其在赛车上的不同表现，进行避震器类型选择2、利用Adams/Car模块建立赛车前后悬架模型，进行运动学仿真分析，并以此为依据，对悬架进行优化，利用Adams/Insight模块对前后悬架的参数进行优化3、利用Catia建立前后悬架的三维模型，导入Ansys中建立有限元分析模型进行强度分析，并据此进行结构优化关键词：FSAE赛车空气避震器运动分析结构优化AbstractSuspension as one of the most important part of the race car, has a great influence on the Vehicle performance of the race car. In this paper, in the background of Formula SAE, we carry out these studies with the Attacker3 from Zhejiang University with science and technology as the object and Attacker2 as the reference:1:Camparing Helical spring and air spring, finding the differences of their stiffness change and performance in tests as basis for choosing them.2:Building front suspension model and rear suspension model on Adams, and doing the kinematic simulation analysis. Based on the result, Perform the suspension parameters objective-optimization design on Adams.3.Building the main parts of the suspension models, and importing them into Ansys to carrying out the static analysis. According to it, doing lightweight design.21目录摘要。
黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要Formula SAE 赛事1980 年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
出于此项比赛的宗旨是让学生针对业余高速穿障的车手开发制造一个原型车，该原行车应该具备有可小批量生产的能力，并且原型车的造价要低于25,000 美元。
这项竞赛包含有3个最主要的基本元素，分别是：工程设计、成本控制以及静态评估,单独的动态性能测试,高性能的耐久性测试Formula SAE 赛事的主要参与者通常都是来自高校的学生组成的车队。
现在在美国、欧洲和澳大利亚每年都会举办Formula SAE 比赛。
Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。
为了促进民族汽车工业的发展，中国于2010年开始举办此赛事。
本次设计正因此而展开，本次设计主要是从车架的结构入手，为了让车架达到比赛所用赛车的刚度和强度进行设计和分析，本设计对整车做了总体布置，确定重心的位置。
然后将自己设计出的三个不同结构的车架运用Proe进行建模，然后将三个车架导入ansys软件进行静力结构分析与车架侧翻时候的静力分析，通过比较得到优化结果，将优化的车架进行模态分析。
由于车架看是简单实际上是比较复杂的，通过ansys软件的分析不但能满足设计的要求，而且缩短了设计的周期。
通过本次优化设计使中国FSAE赛车车架的设计能更加完美，同时通过比赛可以通过很多数据为民族汽车工业能提供很多重要的数据，进一步使民族汽车的更安全和实用。
关键词：车架；结构；静态分析；模态分析；优化设计I黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTFormula SAE 1980 competition held in the first race in the United States, now is the student members of the Society of Automotive Engineers held an international event, whose purpose and designed using the Zheliang and manufactured race cars. For the purposes of this competition is to allow students to wear barrier for amateur drivers speed development and fabrication of a prototype vehicle, the original driving should have had the capacity to small batch product ion and prototype cars cost less than 25,000 dollars. The main competition includes three basic elements, namely: engineering design, cost control and static evaluation, a separate dynamic performance testing, durability testing high-performance Formula SAE competiti ons are usually the main participants from universities a convoy of students. Now in the United States, Europe and Australia will host an annual Formula SAE competition. In order to promote the national auto industry development, China started in 2010 to organize the event. This design is therefore to start, this design is mainly starting from the structure of the frame in order to allow the frame to match the car's stiffness and strength with the design and analysis, the design of the vehicle made a layout, determine the center of gravity position. And then design their own out of the use of three different frame structures Proe model, then three trailers into ansys structural analysis software for static and time frame roll static analysis, by comparing the optimized results will optimize the modal analysis of the frame. Since the frame is a simple fact to see is more complicated, not only through the analysis ansys software to meet design requirements, and shorten the design cycle. The optimal design by the Chinese FSAE car frame is designed to be more perfect, while a lot of data by race for the nation through the automotive industry can provide many important data, and further make the national car more secure and practical.Key words: Frame;Structure; Static analysis;Modal analysis; optimal DesignII黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第 1章绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2研究的背景 (2)1.3 赛车车架国内外的研究现状 (2)1.4 主要设计内容及技术路线 (3)第2 章赛车车架的设计 (5)2.1车架的概述 (5)2.1.1 车架的结构形式 (5)2.1.2 赛车车架的介绍 (9)2.2车架的设计 (8)2.2.1 FSAE车架设计参考 (10)2.2.2 FSAE赛车总体布置 (11)2.2.3 车架的结构设计 (12)2.2.4 材料的选择 (14)2.3整车质心的确定与受力分析 (15)2.4本章小结 (17)第 3 章车架三维模型的建立 (18)3.1 Pro/E软件的介绍 (18)3.2三维模型的建立 (19)3.2.1车架方案一的模型建立 (19)3.2.2车架方案二的模型建立 (21)3.2.3 车架方案三的模型建立 (23)3.3本章小结 (25)第 4 章车架有限元分析 (26)4.1 Ansys软件概述 (26)1黑龙江工程学院本科生毕业设计4.2 Pro/E4.0与Ansys12.1的接口建立 (28)4.3 FSAE车架结构静力分析 (31)4.3.1 ANSYS参数定义 (31)4.3.2网格的划分与施加载荷约束 (32)4.3.3车架结构静力分析 (35)4.4 对车架进行优化设计 (38)4.5 对优化后的车架进行侧翻安全分析 (40)4.6对优化后的车架进行碰撞模拟分析 (42)4.7对优化后的车架进行模态分析 (43)4.8本章小结 (47)结论 (48)参考文献 (49)致谢 (50)2黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论1.1研究的目的和意义(1)通过此次毕业设计能为FSAE赛车提供出车架的设计方案，能填补学校在这方面的空白之处，也能为学校组建FSEA方程式赛车作出微薄的贡献。
（2）通过专业综合训练，综合运用汽车设计课程和其他相关的理论与实际知识，掌握汽车设计的一般规律，学习正确的设计思想，培养分析和解决实际问题能力。
（3）通过汽车设计专业综合训练，使自己掌握运用标准，手册和查阅相关资料的能力，培养专业的设计能力。
（4）让自己学会从工程一线的角度出发，合理选择各总成的结构类型，制定设计方案，正确的分析，计算，校核，并考虑制造工艺，经济，使用，维修等问题，培养汽车设计的能力。
（5）汽车作为交通工具之一，已经成为人们生活不可缺失的生活工具，在经济高速发展的今天，汽车工业也得到了很好的发展。
所以生产出结构轻、性能好、质量高、安全可靠的汽车非常重要的意义。
（6）通过此次研究FSAE方程式赛车车车的研究与设计，能为车的安全性、动力性等有着至关重要的联系，在生活中的汽车很多的性能数据都是通过各种各样的赛车比赛中体现出来的。
（7）为汽车事业培养出有用的人才。
（8）由于中国有2010年才开始举办FSAE方程式赛车的比赛，加之中国汽车制造业起步晚于发达国家，所以此次车架的研究设计对中国大学方程式赛车的设计有着突破性的意义。
1.2研究的背景Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of AutomotiveEngineers 简称SAE）主办。
SAE 是一个拥有超过60000 名会员的世界性的工程协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。
Formula SAE 是一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与的国际赛事，于1980 年在美国举办了第一届赛事。
比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。
目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。
比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。
Formula SAE 发展的初衷是想创立一个小型的道路赛车比赛，而现3黑龙江工程学院本科生毕业设计在已经发展成为一个拥有大约20 竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和车Formula SAE 向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。
