巴哈赛车车架的优化

巴哈赛车车架的优化

燕玉家

（兴义市民族师范学院 562409）

摘要：越野车的设计是严格的，生产什么样的车架结构也是关键。我们使用汽车理论角度决定了斜撑框架更在越野和减重的情况下，通过应力分析软件对整个框架上下左右前后的应力分析，所以确保我们选择创建一个适用所有地形的巴哈越野赛车，并确定了越野式车架选择的可行性。对于巴哈赛车的设计来说，结构形式、材料的选择、车辆参数的选取原则以及后期处理的设计要求极高，对于比赛来说也是至关重要的，所以车架在各种条件的冲击下，对赛车车架的结构强度、刚度和抗疲劳性等都影响着车架的安全性和可靠性。因此对巴哈车架进行了优化和改进，以改善车架的结构和综合性能，从而实现汽车的轻量化和成本控制。

关键词：越野车；减重；可行性 

前言

本文围绕巴哈赛车的车架对车架进行优化，巴哈赛车车架采用高强度合金钢材料，对车架进行优化和改进，改善车架的结构和综合性能，从而实现汽车的轻量化和成本控制。本文通过确定车架的尺寸参数，并进行结构强度、刚度和应变载荷的分析校核，确定其可靠性和安全性，节约材料消耗，减轻车架的重量，满足设计要求，采用三维建模，绘制图形。然后通过有限元分析对车架的各种工况进行应力应变分析，包括碰撞分析等，最后对不合理的地方进行改进，最终符合巴哈赛车车架的设计要求。

1.巴哈赛车

1.1 大学生巴哈赛车的研究意义

巴哈赛车比赛是为来自全国各地的大学生举办的比赛。这为每个队提供了一个国家级大学巴哈队的比赛机会，通过比赛来展示每个队的设计水平和创造力。比赛对巴哈汽车的整体设计没有什么限制，但巴哈的商业价值高，其独特的魅力吸引着数百万观众。许多领域的新技术、新技术的实践最初都是在这类赛车上进行的，其中空气动力学、电气和电气工程应用最成功、最频繁。

1.1.1巴哈赛车国内外研究现状

国内巴哈赛车现状

中国虽然是汽车生产、制造、销售大国，但在巴哈竞争中起步较晚。2015年8月，在中国汽车协会及各知名汽车零部件品牌的大力支持下，首届中国大学生以巴哈命名的越野车大赛在湖北襄阳举行。

国外巴哈赛车现状

20世纪70年代，巴哈赛在美国流行起来，这股风也刮到了大学校园。最后，美国大学生开始制作自己的巴哈，搞自己的巴哈大赛。后来被美国汽车工程学会认可，甚至成为formula College的创始人。               

1.1.2 车架的研究方法

汽车设计和研发，框架是基础，其结构特征、强度、刚度、振动频率等将影响车辆的性能，如汽车的动力、安全、处理等等，因此，确保结构框架的稳定性尤为重要。有如下三种方法：

1. 理论试验法

理论试验方法是以理论为基础，根据试验数据、应力集中点等进行试验。理论试验计算复杂，设计周期长，资金消耗大，设计结果受人为因素影响较大。

2.经验法

    经验法是在长期设计经验的基础上，采用类比法和近似值法对框架结构进行设计。结果造成车架结构不平衡，使用材料不合理，动力不足，车架总质量大。  

3.有限元法

在车架的研发设计中，通过有限元软件对车架进行强度、刚度分析，并通过有限元分析优化车架，使车架结构合理布置，性能更好，车架材料使用少，质量轻，提高了整车性能，如图1所示，为SolidWorks有限元应力分析框架软件。

                                     图1

2. 巴哈赛车车架设计要求

2.1巴哈赛车车架结构设计的基本要求

(1)当汽车车架的强度和刚度满足要求时，汽车车架的整体质量应尽可能小，以有效降低汽车的备件质量。

(2)保证赛车车架的刚度，包括扭转刚度和弯曲刚度，但车架的弯曲扰动不宜过大，避免变形过大影响车架上部总成的正常协调，使零件过早损坏。

(3)巴哈赛车的框架下汽车应该有足够的强度，以确保汽车的部分不会因为受力过大而失效，以保证比赛的安全，顺利安全、完成比赛。

2.1.1巴哈赛车车架的结构设计要求

(1)赛车车架分为主车架和次车架。

(2)从侧面看，主头部主要位于前部、座椅底部、弯头周围两侧和后方滚圈，如图2所示。

(3)车架最前端为前隔板，设计为平面结构，能吸收能量和缓冲。纵向安装在平面中间，以保护车手的脚、腿。

(4)赛车发动机舱两侧设计为稳定的三角形结构，以提高赛车高速转弯时发动机激励引起的车架变形的强度和刚度。

(5)汽车侧面采用防撞结构，减少驾驶员侧面碰撞时的伤害。

2.1.2巴哈赛车车架结构形式、材料的选择

(1）赛车的结构形式

     巴哈赛车的车架不同于普通汽车，由于巴哈赛车工作环境的高负荷和极端工况，使得巴哈赛车的车架要求更高。它的车架大致可以分为三大类：

1.一体化车架是将整个车身外壳作为车架的一部分，资金和技术消耗大，适合大批量生产，不适合中小型批量生产，所以不适合赛车框架。

2.单体框架的结构轻盈、尺寸精确、性能好、成本高，但是这类框架不易修复，制造价格比较高，加工和生产比较困难。

3.桁架框架是选用很多不同直径的金属管焊接成一定空间结构的框架，桁架框架制造成本低，强度能得到保证。对固定框架进行了优化，使其稳定，因此桁架结构是首选的框架结构。

(2）车架材料的确定

      巴哈汽车的设计应该尽可能地减轻其重量，以提高加速度、操纵稳定性、最高速度和燃油经济性。

3. 巴哈赛车几何模型的建立

3.1车架建模步骤

1. 创建一个平面，并绘制前端草图

2. 绘制防火墙、防滚架和后车架

3.使用受力分析软件对车架进行各个角度的静力学分析，并保留打印受力图

4. 用软件将绘制的线替换为焊管，调整型材锋利的位置，使其与钢管完美连接

5. 框架完成

结 论

本文介绍了巴哈赛车的背景，对国内外的发展也进行了一定的描述，对常规车架的结构进行了总结，还专门针对赛车车架也进行了一定的相关介绍。本设计采用SolidWorks软件对车架结构进行静力分析和刚度研究。本次通过对三种不同结构的车架进行了分析，描述了三种车架的特点，通过SolidWorks软件对车架进行建模，使其设计能够进行分析。在科学技术发展的今天，我们可以将各种先进的技术应用到车架设计中，不仅可以得到设计好的产品，还可以缩短产品的设计周期。

参 考 文 献

[1]吴思宇，罗伟。ANSYS工程计算应用教程[M]。北京中国铁道出版社，2004:25-36

[2]余志生， 汽车理论，机械工业出版社，2000. 10

[3]刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，2001.7

[4]陈家瑞，汽车构造（下册），人民交通出版社，199,5

[5]王望予，汽车设计（第四版）， 机械工业出版社，2005.7

[6]张朝辉，AISYS10. 0结构分析工程应用实例解析，机械工业出版社，2007. 1

[7]刘新田，黄虎，刘长虹等，基于有限元的汽车车架静态分析。上海工程技术大学报， 2007, 6