【毕业论文】HQF-600型FSAE一级方程式赛车车架优化毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

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。

发展的初衷是想创立个小型的道路赛车比赛，而现在已经发展成为个拥有大约竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和车向年轻的工程师们提供了个参与有意义的综合项目的机会。

由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制设计采购设备材料部件以及制造和测试。

为在传统教室学习中的学生提供了个现实的工程经历。

队员在这个过程中将会经受考验，面对挑战，培养创造性思维和实践能力。

出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被个假象的制造公司雇佣，让他们制造辆原型车，用于量产前的各项评估。

目标市场就是那些会在周末去参加高速穿障比赛的非专业车手。

因此，这些赛车在加速制动和操控性方面要有非常好的表现。

它们要造价低廉便于维修并且足够可靠。

另外，这些赛车的市场竞争力会因为些附加因素，比如美观舒适性和零件的兼容性而得到提升。

制造公司日产能力要达到辆，并且原型车的造价要低于，美元。

对于设计团队来说，挑战在于要在定的时间和定的资金限制下，设计和制造出最能满足这些目的的原型车。

每项设计将会与其他的设计起参与比较和评估从而决出最佳整车。

赛车车架国内外的现状国外当今有三个地区有的学生竞赛，即美国欧洲澳洲。

年代中期，几个美国大学开始主办当地的学生设计竞赛赛车。

的名称沿袭了著名的墨西哥汽车比赛。

第届比赛于年举办，并且迅速成为个地区性的年度比赛。

比赛由三个评判标准组成，即天的静态比赛设计成本陈述接着天是各自的性能竞赛项目。

比赛重点强调了地盘的设计，因为每个队伍都使用个匹马力的引擎，这点无法改变。

在过去的多年里，的成功超乎了每个人的预期。

在的成功获得各界认同的同时，联合美国三大汽车公司开始推广项技术水平更高的工程类学生竞赛，这就是。

相比有着许多进步和发展，引擎的限制也已经大大放宽，允许参赛车队使用以下的发动机，这极大地提升了赛车的性能表现。

在发达国家，很多高校已经从事超过年时间，拥有大量资金和试验基础的情况下，他们的作品已经基本达到了专业水平，最高时速可达到甚至超过，到加速时间般都在以内。

从原先在比赛中的发动机到现今中已经超过的大功率发动机，在多方面都取得了惊人的成绩，并且该项比赛直保持了发展的态势。

国内上海交通大学机械与动力工程学院于年率先开始致力于方程式赛车的开发研制。

上海交通大学车队在年研制出的样车是中国大陆第辆赛车，之后又在年完成了第二辆参赛赛车的设计和制造，并于同年月参加了位于美国加州举行的竞赛，最终获最佳新秀车队奖。

湖南大学汽车学院也在国外获得过定的成绩。

这也是到目前位置中国高校在该项赛事中获得的最好成绩。

年中国也举办了第届赛车比赛，各个高校虽然在国内都取得定的成绩，但是赛车的性能相对国外的比较还差得很远。

赛车车架的设计又是赛车非常重要的设计，车架对赛车来说固定各个零部件的同时还得在发生危险的时候保护车手的安全，这些国内还有很多的距离要去追赶。

主要设计内容及技术路线主要设计内容研究应用有限元静态分析以及所有软件基础。

车架设计方法以及设计步骤的研究。

以收集的资料车架为参考设计出三种不同结构的车架。

研究建模软件，将自己设计出来的三种不同结构的车架运用软件进行建模然后倒入分析软件。

运用软件对三种不同结构的车架进行结构静力分析，通过分析结果得到优化车架。

优化设计后进行模态分析与车架侧翻的安全分析赛车车架属于非承载式车身，它是整车的安装基础，所以对整车的总体布置也是属于研究范围。

技术路线对车架进行优化设计车架定型总图设计出图完成设计和设计说明书调研并收集赛车车架资料对赛车车架进行总体布置运用建立初步的模型有限元模型的建立对车架进行有限元分析第章赛车车架的设计车架的概述车架作为汽车的承载基体，为货车中型及以下的客车中高级和高级轿车所采用，支承着发动机离合器变速器转向器非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。

为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主以上论述可以看到，有限单元法的实质是把具有无限多个自由度的弹性连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。

因此，只要研究并确定有限大小的单元力学特性，就可根据结构分析的方法求解，使问题得到简化与的接口建立第步选择文件下点击出现下图，并在前打钩然后进行下步。

图图接口创立过程截图第二步选择的安装路径和的路径如下图，然后点击。

图图接口创建过程截图第三步分别点击下的三个子文件让其运行，当分别出现下列文字时候进行下项当点击时出现三个成功的时候与的借口就建立完成。

图图图接口创建过程截图图接口创建过程截图图接口创建过程截图与接口的成功建立以后打开时，窗口会出现的链接如下图图连接接口截图这样与的接口就算彻底成功的建立了，以后只要运行然后点击就可以将模型直接传入进行有限元分析了。

车架结构静力分析通过软件的强大功能对车架进行静力分析，通过分析结果来比较得到优化车架完成本次设计中重要的节。

参数定义在软件中要进行有限元分析，需要对很多参数定义，比如结构材料属性的输入如图图图分析过程截图图材料属性输入截图网格划分与施加载荷约束通过网格划分与施加载荷与约束才能在软件中进行进步的结构静力分析和模态分析。

通过网格划分和加载等得下图图图图车架网格划分截图图车架施加约束与载荷截图图车架二网格划分截图图车架二施加约束与载荷截图图车架三网格划分截图图车架三施加约束与载荷截图车架结构静力分析通过软件的分析分别得到三个车架的最大变形图和等效应力图如图图图车架变形图图车架应力图图车架二变形图图车架二应力图图车架三变形图图车架三应力图对车架进行优化设计通过以上静力结构分析得数据如表表三种车架分析所得数据模型模型二模型三最大变形量最大应力由于赛车车架是通过焊接而成，所以对材料的选择必须符合相应的要求，通过查询机械设计手册得焊接结构用耐候钢钢材有以下属性耐候钢既耐大气腐蚀钢，在钢中加入少量合金元素如铜等，使其在金属基体表面形成保护层，提高钢材的耐候性能，同时保持良好的焊接性能。

其杨氏模量为，泊松比，屈服极限为，在分析结果中最大应力小于即可满足强度要求。

通过对数据的分析与比较通过对最大变形量与最大应力的比较模型三的变形量最大故淘汰模型三这种结构的车架。

通过结构的比较发现，模型二虽然变形量最小，但是如果在使用相同的悬架的情况下，模型二的离地间隙过小，不利于赛车在比赛中通过些特殊的比赛赛道。

三种车架通过分析都符合小于的最大应力，但在实际情况中还得考虑赛车的修理与维护，模型二由于结构的原因发动机的维修空间非常小，不利于实际情况。

方案二采用底座与前环和发动机舱成定的角度虽然结构上有定的优势，但是在实际的加工过程中是非常困难的，为了满足参赛赛车车架的刚度和强度要求的同时还要考虑到实际的情况。

综合上述分析模型的车架为最佳车架并对其进行进步的优化。

通过改变模型的钢管直径有原来的变为然后进行分析得如下图图图图车架变形图图车架应力图根据分析结果得最大应力为小于，完全符合材料属性要求，所以根据所有的数据与三种不多结构的分析比较，模型材料直径为的钢管为最佳设计方案。

但是考虑大赛要求，车架主环，前环必须要用直径的钢管，虽然直径的车架结构强度上都能满足要求，但是最终参赛比赛车架选用模型的方案，这样不但加工方便而且能降低制造成本。

对优化后的车架进行侧翻安全分析车架侧翻主环承受的力量最大，能不能保证车手的安全就在于侧翻的时候主环能不能满足不解体和刚度强度能不能满足，通过软件的分析得到以下结果如图图车架变形图和车架等效应力图。

图车架侧翻变形图图车架侧翻应力图通过分析结果所得到数据车架侧翻的时候最大变形为，应力为，强度和刚度都在安全范围内，所以当车发生侧翻的时候车手是完全安全的。

对优化后的车架进行碰撞模拟分析当赛车因为失控或者驾驶员操作不当引起碰撞是十分危险的，因此对车架进行碰撞模拟分析如图图图车架加载约束截图图车架变形图图车架应力图通过分析数据得到当赛车发生正碰的时候车架的变形为，因此不会因为车架的变形而对驾驶员的腿部发生伤害，同时应力也为超过材料的属于，车架不会因此分解，所以当发生正碰的时候加上安全带防撞轮胎碰撞缓冲块等的吸收驾驶员能得到很好的保护，车架也合理。

对优化后的车架进行模态分析对优化结果进行模态分析图图图模态分析数据截图图车架阶振型图图车架二阶振型图图车架三阶振型图图车架四阶振型图图车架五阶振型图图车架六阶振型图从图图中可以得到车架空载状态下前阶固有频率及相应的震型，对车架而言做模态分析就是考了吧低阶频率应避开发动机的怠速运转频率，以免发生共振。

车架的阶的震动频率为表中的结果单位为。

表模态分析数据表阶二阶三阶四阶五阶六阶震动频率本次设计发动机采用，根据提供数据得出发动机怠速状态下转速为，最高转速为，而发动机的震动是点火次频率为，本发动机为单缸，曲轴每转圈发动机点火次。

所以计算结果如下怠速频率最高转速频率发动机的震动频率为，而车架的阶震动频率远远小于发动机怠速频率，所以无论发动机处于什么工作状态下，车架的震动频率永远不可能和发动机的震动频率重合，所以车架是符合设计要求的。

本章小结本章通过对车架进行了静力结构的分析，通过分析得数据得到了优化的结果，完成了优化设计，并对优化后的车架进行了侧翻安全分析和模态分析，最终完成了本次设计的重要内容。

结论本文对对方程式赛车的背景进行了介绍，对国内外的发展也进行了定的说明，对常规车架的结构形式进行了概述，也专门为赛车车架进行了相关的介绍。

本设计运用的软件与软件，也对软件的发展历史特点和功能进行了介绍。

通过用软件中建立模型然后导入软件对车架的结构进行了静态分析研究。

通过分析，掌握了赛车车架结构满足设计要求的结论，为中国赛车车架的设计提供了种方法。

通过本次毕业设计对车架进行了三种不同结构的车架，阐述了三种车架的各自特点，对三个车架的进行了建模让自己的设计可以通过软件进行分析，并对车架进了静力结构分析与模态分析，同时对赛车侧翻时也进行了分析，通过分析结果得到的数据对车架进行了优化，模态分析中