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開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
學(xué) 院：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)題目：
賽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師:
開 題 報(bào) 告
1． 選題依據(jù)：
1.研究的目的及意義
FSC是一級(jí)方程式汽車比賽汽車工程由大學(xué)或汽車相關(guān)專業(yè)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)參加汽車比賽的設(shè)計(jì)和制造[1]。中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（簡(jiǎn)稱FSC大賽）也是由中國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)主辦，有著“力爭(zhēng)上游，擎動(dòng)未來”的巨大夢(mèng)想，堅(jiān)持“穩(wěn)中求勝”的設(shè)計(jì)理念，立足于中國(guó)汽車工程教育發(fā)展和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)根基，吸收和借鑒國(guó)際大學(xué)生方程式汽車大賽（簡(jiǎn)稱FSAE大賽） 賽事的成功經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)優(yōu)秀汽車行業(yè)人才的培養(yǎng)和選拔建立公共平臺(tái)。各參賽車隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，由一年的時(shí)間內(nèi)，自行設(shè)計(jì)和制造出一輛在加速、制動(dòng)、操控性等方面均具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，同時(shí)，設(shè)計(jì)的賽車要成功完成各部分賽事，所以要求所設(shè)計(jì)的賽車必須滿足耐久性、經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車架、車身、制動(dòng)系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)等構(gòu)成了FSC賽車。因此，為了獲得良好的加速性、制動(dòng)性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要[3]。
汽車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是在質(zhì)量的軸荷分配、汽車總質(zhì)量、空阻及滾阻等量已確定的情況下，較為合理的設(shè)計(jì)和選擇傳動(dòng)系參數(shù)，可以很大程度提高匹配后汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性[4]。以往傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)依靠大量的實(shí)驗(yàn)和反復(fù)測(cè)試完成，耗時(shí)長(zhǎng)，高花費(fèi)，計(jì)算機(jī)的廣泛使用和新的計(jì)算方法的出現(xiàn)， 使得以計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算為基礎(chǔ)的傳動(dòng)系設(shè)計(jì)可在方程式賽車的設(shè)計(jì)階段就較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)賽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性，經(jīng)濟(jì)且迅速。
目前，我國(guó)圍繞汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，主要在以下幾個(gè)方面展開工作：①汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究；②汽車傳動(dòng)系各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的研究，特別是傳動(dòng)系各部分在非工況下模型的研究；③按給定工況模式的模擬研究；④按實(shí)際路況隨機(jī)模擬的研究；⑤傳動(dòng)系參數(shù)優(yōu)化模型的研究；⑥模擬程序的開發(fā)與研究[5]。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
傳動(dòng)系統(tǒng)以 Carl Benz 研制的第一輛汽車為誕生標(biāo)志。發(fā)展到今天，自驅(qū)動(dòng)汽車已基本成為現(xiàn)代汽車的代名詞隨著自驅(qū)動(dòng)汽車的發(fā)展，其傳動(dòng)系統(tǒng)也相應(yīng)經(jīng)歷了幾代的更新與完善，傳動(dòng)介質(zhì)豐富化、傳動(dòng)功能集成化、傳動(dòng)裝置自由度的增長(zhǎng)化趨勢(shì)越來越明顯，同時(shí)隨著傳動(dòng)系統(tǒng)種類和形式的擴(kuò)大及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，不同傳動(dòng)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性越來越難了解。發(fā)現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)向無級(jí)、復(fù)合傳動(dòng)、多功率流及多自由度方向演變發(fā)展[6]。
汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車實(shí)現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)換和傳遞的重要部件系統(tǒng)，因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)，才使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力能夠穩(wěn)定地傳送給車輪，并驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車在任何條件下都能正常行駛，且努力提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[7]。對(duì)于提高汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性主要是因?yàn)槠噭?dòng)力傳動(dòng)系形式與參數(shù)的合理選擇。能與發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的傳動(dòng)系可以使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域內(nèi)工作。其中傳動(dòng)系統(tǒng)包括：（1）變速器 ①改變傳動(dòng)比，滿足不同行駛狀況下對(duì)牽引力的需要，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作在有利的工況下，滿足可能的行駛速度； ②實(shí)現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要；③中斷動(dòng)力傳遞，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車換檔或需要停車進(jìn)行動(dòng)力輸出時(shí)，中斷向驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞。（2）離合器 安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，用于短暫地分離兩者或平順地結(jié)合以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。（3）萬向傳動(dòng)裝置 在汽車傳動(dòng)系及其它系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)一些軸線相交或相對(duì)位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動(dòng)力傳遞，必須采用萬向傳動(dòng)裝置。萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成了萬向傳動(dòng)裝置，有時(shí)還要有中間支承。其連接變速器與驅(qū)動(dòng)橋、連接離合器與驅(qū)動(dòng)橋或變速器與分動(dòng)器、連接斷開式驅(qū)動(dòng)橋或轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和連接轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。（4）驅(qū)動(dòng)橋 其主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。其功能是將變速器輸出的轉(zhuǎn)矩一次經(jīng)過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)輪；通過主減速器齒輪副實(shí)現(xiàn)減速增距，并在需要時(shí)改變動(dòng)力傳遞方向；通過差速器來實(shí)現(xiàn)左、右驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)即差速作用[8] [9]。
此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器固定在車架上，而驅(qū)動(dòng)橋和驅(qū)動(dòng)輪一般是通過彈性懸架與車架聯(lián)系的，因此在汽車行駛過程中，變速器與驅(qū)動(dòng)輪之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在這樣的情況下，兩者之間不能用簡(jiǎn)單的通過整體傳動(dòng)軸傳動(dòng)，應(yīng)該采用萬向傳動(dòng)裝置。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其在汽車上的布置形式，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的形式和性能、汽車總體結(jié)構(gòu)形式、汽車行駛系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)形式等許多因素。方程式賽車一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)的MR方案。該方案布置有利于實(shí)現(xiàn)前、后軸的軸荷分配。MR方案中發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)過離合器、變速器、由萬向節(jié)和傳動(dòng)軸組成的萬向傳動(dòng)裝置以及安裝在驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器和半軸，最后傳到驅(qū)動(dòng)車輪[10]。
3.方程式賽車傳動(dòng)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究狀況
3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
FSAE比賽開始在1980年初在美國(guó)舉辦的第一次比賽，國(guó)外目前已經(jīng)是為汽車工程學(xué)會(huì)的學(xué)生成員舉辦的一項(xiàng)國(guó)際賽事[11]。當(dāng)時(shí)報(bào)名的學(xué)校只有6個(gè)，但只有4支參賽隊(duì)伍，如今美國(guó)每年有200支隊(duì)伍參加比賽，比賽的人數(shù)將近2萬人次[12]。20世紀(jì)60、70年代初期就開始對(duì)汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算機(jī)模擬程序的研究。這些程序在樣車制造前就能準(zhǔn)確地對(duì)汽車動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測(cè)，并可根據(jù)幾種傳動(dòng)系速比的變化引起整車性能變化，找到此變化的關(guān)系及能與所選發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的傳動(dòng)系。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)大學(xué)生方程式FSAE比賽都非常關(guān)注，每個(gè)學(xué)校都會(huì)組建自己FSAE賽車隊(duì)，參加各自區(qū)域的系列賽車,并且重新設(shè)計(jì)自己的賽車，使制造的賽車性能更加突出。日本的方程式FSAE比賽發(fā)展很快，已經(jīng)成為亞洲地區(qū)舉FSAE賽事的先鋒隊(duì)。其在加速性能上，日本所設(shè)計(jì)的賽車變速器能在規(guī)格指標(biāo)和目標(biāo)時(shí)間準(zhǔn)確算出必要的功率[13]。伊朗、印度以及泰國(guó)等十幾家外國(guó)車隊(duì)都參加過日本舉辦的FSAE比賽。FSAE比賽早已進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段由此可見，國(guó)外的傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟階段[14]。
3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
隨著大學(xué)生方程式汽車大賽影響力的逐漸擴(kuò)大，中國(guó)各大專院校也開始逐漸關(guān)注并
參與這一賽事。2010 年10 月，首屆中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（FSC）在上海舉行，
吸引了國(guó)內(nèi) 20 支大學(xué)車隊(duì)參與了這次比賽，大賽取得圓滿成功。此后的幾年時(shí)間里，
大賽規(guī)模不斷擴(kuò)大，賽事影響力不斷加深[15]。①華南理工大學(xué)的FSC賽車氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)換檔，司機(jī)可以更方便，在更短的時(shí)間內(nèi)完成換檔操作，從而提高比賽結(jié)
果。 根據(jù)預(yù)設(shè)程序驅(qū)動(dòng)換檔氣缸和離合器氣缸，壓縮二氧化碳在電子控制單元的操縱
下完成整個(gè)傳動(dòng)過程[16]。②天津大學(xué)采用春風(fēng)CF188 發(fā)動(dòng)機(jī)總成變速器有V 型齒形皮
帶自動(dòng)無級(jí)變速器和帶換檔凸輪的有級(jí)變速器，采用手操作杠桿式變檔。離合器型式為
濕式蹄塊自動(dòng)離心式。傳動(dòng)系統(tǒng)初始方案為：發(fā)動(dòng)機(jī)總成-傳動(dòng)軸-主減速器-差速器-左
右半軸-左右驅(qū)動(dòng)輪[17]。③大學(xué)方程式4.0號(hào)賽車采用鈴木GSXR-600四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和
托森差速器。該賽車在調(diào)節(jié)方式上采用偏心輪調(diào)節(jié)，在去年的基礎(chǔ)上球籠（等速萬向節(jié)）
短軸一體，而且尺寸改小，在受力強(qiáng)度要求符合的情況下的改進(jìn)。其他部分是材料的變
化。④太原理工大學(xué)方程式賽車采用本田CBR600發(fā)動(dòng)機(jī)，還采用了托森差速器，其更
換了差速器外殼，其他是材料和工藝上的設(shè)計(jì)。
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開 題 報(bào) 告
２．研究方案：
1.研究及解決的問題：
（1） 傳動(dòng)比與動(dòng)力性計(jì)算；
（2） 鏈傳動(dòng)的計(jì)算；
（3） 各零件的設(shè)計(jì)、建模、應(yīng)力分析；
（4） 工程圖的繪制；
2.設(shè)計(jì)方案概述：
（1）在動(dòng)力性計(jì)算時(shí)，可以根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算賽車的動(dòng)力性參數(shù)，部分參數(shù)需要近似計(jì)算，然后參考數(shù)據(jù)進(jìn)行傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)。當(dāng)然最優(yōu)的方法是采用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)等測(cè)出相關(guān)參數(shù)，然后采用數(shù)據(jù)擬合軟件，較為精確得到各參數(shù)的數(shù)值與變化情況。由于設(shè)備和知識(shí)水平的限制，本文采用公式計(jì)算賽車的動(dòng)力性。但是經(jīng)過分析，數(shù)據(jù)具有有效的參考價(jià)值。
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則主要為輕量化。采用三維軟件輔助設(shè)計(jì)，根據(jù)已有的零件、車架及裝配關(guān)系來設(shè)計(jì)其他零件，對(duì)零件進(jìn)行嚴(yán)格的三維建模并裝配，以設(shè)計(jì)其余零件并檢查干涉情況與限位情況。對(duì)零件的應(yīng)力分析，有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和軟件分析等方法，本文采用軟件分析法，以得到零件更準(zhǔn)確的受力。
（3）另外，加工零件必須還有材料、公差配合、技術(shù)要求等。本文借助機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)加工件進(jìn)行了公差設(shè)計(jì)，并繪制工程圖紙，根據(jù)工程圖紙可加工出各零件。
3.設(shè)計(jì)工作進(jìn)度：
① 2月13日-3月16日 調(diào)研、文獻(xiàn)檢索、制定方案、撰寫開題報(bào)告。
② 3月 7日-5月20日 制作大學(xué)“夢(mèng)想4.0”大學(xué)生方程式賽車、撰寫設(shè)計(jì)說明書。
③ 5月21日-6月10日 準(zhǔn)備和進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)答辯。
開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師：
年 月 日