巴哈越野赛车车架设计与优化【字数：12229】
摘 要依据巴哈汽车大赛的比赛规则，为使我校2019赛季赛车的车架设计更加合理，首先选取UG三维设计软件建立2018赛季车架三维模型图，然后将所建模型导入ANSYS软件进行了有限元分析。在分析环节采取静力学的方法，模拟出上一赛季车架在比赛过程当中所可能受到的载荷，得出不同工况下的车架应力图和变形图。结合分析结果，发现车架设计部分存在一定量的可优化空间。参照分析数据，给出下一赛季车架结构设计方面的优化意见，通过进一步对车架的结构模态分析，证明2018赛季车架设计可避免参赛时发生共振这一不良现象。在满足车架强度、刚度的前提下，本赛季在设计时可对分析过程中的薄弱环节采取结构加固、减小加工材料壁厚等方式实现最终的优化目标。本次分析结果为新赛季的赛车，在加工、设计、制作等方面提供了现实的参考依据。
目录
1.引言 1
1.1赛事简介 1
1.2研究目的及意义 2
1.3课题研究现状 3
1.4本文研究的主要内容 3
2.Baja赛车车架结构设计 4
2.1车架设计要求 4
2.2赛车车架结构形式 4
2.2.1车架类型选择 4
2.2.2车架材料的选择 6
2.2.3车架焊接方式的选择 7
2.3 UG三维建模 8
2.4车架主要部件设计 8
2.4.1防滚架 9
2.4.2后部防滚环（RRH） 10
2.4.3防滚环头顶构件（RHO） 12
2.4.4侧防撞构件（SIM） 12
2.4.5前端支撑构件（FBM） 12
2.4.6车首、车尾支撑构件（FAB） 13
2.4.7后悬架安装区 13
2.5车架三维模型的建立 14
2.6 本章小结 15
3.有限元分析 16
3.1ANSYS软件概述 16
3.2有限元分析理论基础 17
3.2.1结构静力分析方程 17
3.2.2模态分析理论基础 17
3.3车架模型的网格划分和材料选取 17
3.3.1巴哈赛车车架几何 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
模型的网格划分 17
3.3.2车架材料参数的设定 18
3.3.3车架几何模型载荷及边界条件的处理 19
3.4弯曲工况分析 19
3.5扭转工况分析 20
3.6自由模态分析 22
3.7 本章小结 26
4.车架优化 27
4.1 车架的改进措施 27
4.2 防滚环头顶构件 28
4.3发动机支座及后部支撑 28
4.4其他改进方面 29
5.总结与展望 30
5.1总结 30
5.2展望 30
参考文献 31
致谢 32
1.引言
中国汽车工程学会巴哈大赛（简称BSC大赛）。首届赛事举办于2015年，主要目的是提供职业院校和本科院校的自主创新比赛平台。当比赛条件成熟时，将面向全社会开放。这项比赛源于美国，大学生方程式比赛亦源于该赛事。比赛主导思想：1、激发学生的兴趣和创新；2、自主设计制造赛车；3、逐步提升未来汽车工程师的专业能力和素质。中国巴哈大赛起步较晚，在2015年首届举办的比赛中共计30支车队参赛，随着赛事水平的不断提升，2018年的第四届比赛参赛车队已突破100支车队[1]。
1.1赛事简介
巴哈大赛要求各院校参赛队伍在规定时间内，采用相同规格的发动机来制造一辆单座后驱的赛车，巴哈大赛主要分为静态与动态两个类别。静态赛主要是对车辆进行安全技术检查、赛车设计报告、成本与制造答辩、商业营销汇报等；动态赛则包括了牵引、单圈计时、操控测试、耐久竞赛等。
赛事每年对参赛车辆各部分的材料和结构要求都会公布在官网上，实际比赛时规则相对开放，鼓励学生进行自主创新设计。比赛的基本规则如下：
（1）参赛车辆的四个或者是多个车轮不能处于同一直线。
（2）美国百力通公司为大赛发动机官方唯一指定供应商，其提供的发动机均为四冲程、风冷、排量为305cc。
（3）赛车处于静止状态时，车辆最宽的地方不能超过162cm，在长度上大赛没有严格的限制。
（4）制造的辆必须有足够的离地高度和一定的牵引力。
（5）不能对进排气管的材料进行去除等调整。
（6） 参赛车辆的发动机转速必须限制在3800rpm及以下转速；怠速则为1750±100rpm。
（7）所有报名的车手必须在5秒内逃离车辆并且整个人完全处于车外。
（8）巴哈赛车禁止对发动机动力进行改装调整。
参加比赛的车辆必须由学生自己构思、设计、制造和修理，禁止专业的汽车从业人员或者是专业车手参与。
表1列出了2018年中国汽车工程学会巴哈大赛的竞赛项目，这些项目用于评估每支队伍的设计、制造、测试和驾驶能力。赛事要分为静态赛事和动态赛事，比赛分值分别为：300分和700分。
表1 项目名称及评分
静态赛事300分
BSC
2018第一站
2018第二站
赛车设计项目
150
150
成本与制造分析
商业营销演讲
75
75
静态赛事小计
225
225
动态赛事700分
直线加速
75
75
75
爬坡或牵引
75
75
75
目录
1.引言 1
1.1赛事简介 1
1.2研究目的及意义 2
1.3课题研究现状 3
1.4本文研究的主要内容 3
2.Baja赛车车架结构设计 4
2.1车架设计要求 4
2.2赛车车架结构形式 4
2.2.1车架类型选择 4
2.2.2车架材料的选择 6
2.2.3车架焊接方式的选择 7
2.3 UG三维建模 8
2.4车架主要部件设计 8
2.4.1防滚架 9
2.4.2后部防滚环（RRH） 10
2.4.3防滚环头顶构件（RHO） 12
2.4.4侧防撞构件（SIM） 12
2.4.5前端支撑构件（FBM） 12
2.4.6车首、车尾支撑构件（FAB） 13
2.4.7后悬架安装区 13
2.5车架三维模型的建立 14
2.6 本章小结 15
3.有限元分析 16
3.1ANSYS软件概述 16
3.2有限元分析理论基础 17
3.2.1结构静力分析方程 17
3.2.2模态分析理论基础 17
3.3车架模型的网格划分和材料选取 17
3.3.1巴哈赛车车架几何 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
模型的网格划分 17
3.3.2车架材料参数的设定 18
3.3.3车架几何模型载荷及边界条件的处理 19
3.4弯曲工况分析 19
3.5扭转工况分析 20
3.6自由模态分析 22
3.7 本章小结 26
4.车架优化 27
4.1 车架的改进措施 27
4.2 防滚环头顶构件 28
4.3发动机支座及后部支撑 28
4.4其他改进方面 29
5.总结与展望 30
5.1总结 30
5.2展望 30
参考文献 31
致谢 32
1.引言
中国汽车工程学会巴哈大赛（简称BSC大赛）。首届赛事举办于2015年，主要目的是提供职业院校和本科院校的自主创新比赛平台。当比赛条件成熟时，将面向全社会开放。这项比赛源于美国，大学生方程式比赛亦源于该赛事。比赛主导思想：1、激发学生的兴趣和创新；2、自主设计制造赛车；3、逐步提升未来汽车工程师的专业能力和素质。中国巴哈大赛起步较晚，在2015年首届举办的比赛中共计30支车队参赛，随着赛事水平的不断提升，2018年的第四届比赛参赛车队已突破100支车队[1]。
1.1赛事简介
巴哈大赛要求各院校参赛队伍在规定时间内，采用相同规格的发动机来制造一辆单座后驱的赛车，巴哈大赛主要分为静态与动态两个类别。静态赛主要是对车辆进行安全技术检查、赛车设计报告、成本与制造答辩、商业营销汇报等；动态赛则包括了牵引、单圈计时、操控测试、耐久竞赛等。
赛事每年对参赛车辆各部分的材料和结构要求都会公布在官网上，实际比赛时规则相对开放，鼓励学生进行自主创新设计。比赛的基本规则如下：
（1）参赛车辆的四个或者是多个车轮不能处于同一直线。
（2）美国百力通公司为大赛发动机官方唯一指定供应商，其提供的发动机均为四冲程、风冷、排量为305cc。
（3）赛车处于静止状态时，车辆最宽的地方不能超过162cm，在长度上大赛没有严格的限制。
（4）制造的辆必须有足够的离地高度和一定的牵引力。
（5）不能对进排气管的材料进行去除等调整。
（6） 参赛车辆的发动机转速必须限制在3800rpm及以下转速；怠速则为1750±100rpm。
（7）所有报名的车手必须在5秒内逃离车辆并且整个人完全处于车外。
（8）巴哈赛车禁止对发动机动力进行改装调整。
参加比赛的车辆必须由学生自己构思、设计、制造和修理，禁止专业的汽车从业人员或者是专业车手参与。
表1列出了2018年中国汽车工程学会巴哈大赛的竞赛项目，这些项目用于评估每支队伍的设计、制造、测试和驾驶能力。赛事要分为静态赛事和动态赛事，比赛分值分别为：300分和700分。
表1 项目名称及评分
静态赛事300分
BSC
2018第一站
2018第二站
赛车设计项目
150
150
成本与制造分析
商业营销演讲
75
75
静态赛事小计
225
225
动态赛事700分
直线加速
75
75
75
爬坡或牵引
75
75
75
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