(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