fsc赛车传动系统优化设计【字数：13252】
发动机是汽车的心脏，而将发动机的动力传动到驱动轮上则是要依靠传动系统来完成，而传动系统的优化设计则能更好的将发动机动力传递给驱动轮。本文以2017赛季赛车CIT17为研究对象进行研究。本文在CIT16赛车的基础上针对主减速器传动比进行了精确计算，并利用MATLAB等软件辅助计算，达到了更好的加速性能。总结了近几年的经验，针对链轮、后桥固定装置、半轴等零部件，计算出其所受的载荷，在保证强度足够的前提下，通过合理选择材料以及简化结构的措施来实现轻量化目标。在前期设计中采用多种设计分析仿真软件如Catia，Optimum lap,Ansys等，以获得传动系统最优的参数，从而达到更好的加速性能和稳定性。最后，为了赛车的便捷操作，本文设计了一套单片机控制的气动离合与气动换挡系统，简化了换挡流程，提高了赛车的竞争力。
目录
1．绪论
1.1赛事介绍
1.2本文的研究背景
1.3本文研究的主要内容
2．传动比的确定
2.1赛车动力性分析
2.2传动比的确定
2.2.1确定变速箱所需挡位及主减速机构形式
2.2.2确定传动比区间
2.2.3传动比的仿真
2.3本章小结
3．链传动设计
3.1差速器的选择
3.2链传动设计要求
3.3链轮设计计算
3.4 ANSYS仿真及结果分析
3.5本章小结
4．后桥固定装置设计
4.1轴承的选取及建模
4.2有限元分析
4.3本章小结
5．半轴与球笼的设计
5.1半轴与球笼材料及尺寸的确定
5.2半轴有限元分析
5.3本章小结
6．气动换挡系统的设计
6.1气动换挡方案设计
6.2换挡系统硬件设计
6.2.1气缸的选择
6.2.2电磁阀的选择
6.2.3气瓶的选择
6.3换挡系统软件设计
6.4后期调试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.5本章小结
7．结论与展望
7.1结论
7.2展望
参考文献
致谢
1．绪论
1.1赛事介绍
Formula SAE，是由各个国家或者地区的汽车工程学会组织的面向在读或毕业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[1]。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。
SAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力[1]。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。
2010年，经过中国汽车工程学会和上汽集团，大众集团，同济大学，清华大学等校企的努力下，第一届中国大学生方程式大赛在上海成功举办，经过近十年的发展，中国大学生方程式已经成为具有相当技术性与专业性的全国性大型学术竞赛，得到了政府企业的大力支持。
1.2本文的研究背景
此项比赛通过一年的时间让参赛学生基本了解并通过实践掌握一辆汽车产品开发的总流程。二是让学生在学校中初步具备工程师的思维，以一名工程师的严谨的态度参与赛车设计，并掌握CATIA,ANSYS,Hypermesh等常见汽车行业软件的使用。三是由于开放性的规则，学生能够发挥自己的想法，将自己的想法付诸于实践，为汽车行业培养未来的工程师。
从2016赛季赛车实际比赛效果来看，传动系统存在的问题主要有三点：一是动力性较差，加速性能较低；二是结构设计存在问题，后期维护困难。三是零部件未经过仿真优化，没有实现轻量化。因此需要在2016赛季赛车的基础上进行优化设计。
1.3本文研究的主要内容
本文以2017年赛车为研究对象，对传动系统进行仿真设计与优化，掌握基本传动设计思路。进一步探索赛车的极限。并为后期赛车实际调教提供理论依据。让赛车有着更好的动态表现。本文开展的工作内容如下：
（1）在CIT17的基础上对主减速器传动比进行精确计算，并利用Matlab与Optimumlap动力仿真软件辅助计算，使赛车达到良好的加速性能。
（2）针对计算出的结果设计出相关零部件。并对其进行零部件有限元分析与优化。使零件在可靠性与轻量化之间达到平衡。
（3）设计一套适合本赛车的换挡系统，通过设计单片机电控程序以简化离合换挡操作，并进行实车测试修改参数，以达到更好的加速性能。
2．传动比的确定
2.1赛车动力性分析
赛车的加速性能对于赛车的赛场上的表现尤为重要，尤其对于多弯的赛道，入弯与出弯，赛车需要经常进行加减速操作，赛车的加速能力对于整个圈速的影响极大。因此，在传动比的设计中，最重要的是保证赛车具有强大的动力输出，在发动机动力性能确定之后追求较大传动比。同时，由于耐久赛中对于燃油经济性的限制，以及发动机与传动系统动力匹配的要求，亦不能一味追求大传动比，所以需要在保证动力性的前提下，寻求与经济性的平衡点。
FSC比赛最直观体现一辆赛车加速能力的比赛项目是75米直线加速成绩，而对于耐久赛而言，赛车动力越强劲，后备功率越大，赛车用于加速、爬坡（当然本项赛事还没有涉及到爬坡性）的功率越大。
因此需要设计一个合理的传动比，使得赛车在各工况下均有较强的加速能力，让每个项目完成的时间更短。
根据汽车理论知识，评定车辆的动力性的三个指标分别是最高车速、加速时间、最大爬坡度[2]。此处选取最高车速、静止起步连续换挡加速至100km/h的时间作为评价动力性的两个指标。各参数对动力学的影响关系曲线如图2.1所示。
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图2.1 各参数对动力学的影响关系图
由图2.1可知，更小的迎风面积、合理的主减速比、更小的整车车重及更高的机械传动效率对赛车的动力性均可以有很大改善。
目录
1．绪论
1.1赛事介绍
1.2本文的研究背景
1.3本文研究的主要内容
2．传动比的确定
2.1赛车动力性分析
2.2传动比的确定
2.2.1确定变速箱所需挡位及主减速机构形式
2.2.2确定传动比区间
2.2.3传动比的仿真
2.3本章小结
3．链传动设计
3.1差速器的选择
3.2链传动设计要求
3.3链轮设计计算
3.4 ANSYS仿真及结果分析
3.5本章小结
4．后桥固定装置设计
4.1轴承的选取及建模
4.2有限元分析
4.3本章小结
5．半轴与球笼的设计
5.1半轴与球笼材料及尺寸的确定
5.2半轴有限元分析
5.3本章小结
6．气动换挡系统的设计
6.1气动换挡方案设计
6.2换挡系统硬件设计
6.2.1气缸的选择
6.2.2电磁阀的选择
6.2.3气瓶的选择
6.3换挡系统软件设计
6.4后期调试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
6.5本章小结
7．结论与展望
7.1结论
7.2展望
参考文献
致谢
1．绪论
1.1赛事介绍
Formula SAE，是由各个国家或者地区的汽车工程学会组织的面向在读或毕业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[1]。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。
SAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力[1]。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。
2010年，经过中国汽车工程学会和上汽集团，大众集团，同济大学，清华大学等校企的努力下，第一届中国大学生方程式大赛在上海成功举办，经过近十年的发展，中国大学生方程式已经成为具有相当技术性与专业性的全国性大型学术竞赛，得到了政府企业的大力支持。
1.2本文的研究背景
此项比赛通过一年的时间让参赛学生基本了解并通过实践掌握一辆汽车产品开发的总流程。二是让学生在学校中初步具备工程师的思维，以一名工程师的严谨的态度参与赛车设计，并掌握CATIA,ANSYS,Hypermesh等常见汽车行业软件的使用。三是由于开放性的规则，学生能够发挥自己的想法，将自己的想法付诸于实践，为汽车行业培养未来的工程师。
从2016赛季赛车实际比赛效果来看，传动系统存在的问题主要有三点：一是动力性较差，加速性能较低；二是结构设计存在问题，后期维护困难。三是零部件未经过仿真优化，没有实现轻量化。因此需要在2016赛季赛车的基础上进行优化设计。
1.3本文研究的主要内容
本文以2017年赛车为研究对象，对传动系统进行仿真设计与优化，掌握基本传动设计思路。进一步探索赛车的极限。并为后期赛车实际调教提供理论依据。让赛车有着更好的动态表现。本文开展的工作内容如下：
（1）在CIT17的基础上对主减速器传动比进行精确计算，并利用Matlab与Optimumlap动力仿真软件辅助计算，使赛车达到良好的加速性能。
（2）针对计算出的结果设计出相关零部件。并对其进行零部件有限元分析与优化。使零件在可靠性与轻量化之间达到平衡。
（3）设计一套适合本赛车的换挡系统，通过设计单片机电控程序以简化离合换挡操作，并进行实车测试修改参数，以达到更好的加速性能。
2．传动比的确定
2.1赛车动力性分析
赛车的加速性能对于赛车的赛场上的表现尤为重要，尤其对于多弯的赛道，入弯与出弯，赛车需要经常进行加减速操作，赛车的加速能力对于整个圈速的影响极大。因此，在传动比的设计中，最重要的是保证赛车具有强大的动力输出，在发动机动力性能确定之后追求较大传动比。同时，由于耐久赛中对于燃油经济性的限制，以及发动机与传动系统动力匹配的要求，亦不能一味追求大传动比，所以需要在保证动力性的前提下，寻求与经济性的平衡点。
FSC比赛最直观体现一辆赛车加速能力的比赛项目是75米直线加速成绩，而对于耐久赛而言，赛车动力越强劲，后备功率越大，赛车用于加速、爬坡（当然本项赛事还没有涉及到爬坡性）的功率越大。
因此需要设计一个合理的传动比，使得赛车在各工况下均有较强的加速能力，让每个项目完成的时间更短。
根据汽车理论知识，评定车辆的动力性的三个指标分别是最高车速、加速时间、最大爬坡度[2]。此处选取最高车速、静止起步连续换挡加速至100km/h的时间作为评价动力性的两个指标。各参数对动力学的影响关系曲线如图2.1所示。
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图2.1 各参数对动力学的影响关系图
由图2.1可知，更小的迎风面积、合理的主减速比、更小的整车车重及更高的机械传动效率对赛车的动力性均可以有很大改善。
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