FASE方程式赛车传动设计报告

传动部分

1 发动机

1.1 发动机的选择：

根据大赛规则，驱动赛车的发动机必须采用四冲程、排量610CC一下的活塞式发

1.2 发动机的固定

采用六点固定，具体固定情况如下图：

2 传动系基本参数的确定：

2.1变速箱的基本参数：

2.2

根据功率平衡方程：

确定赛车的最高车速。

式中：P e——发动机有效输出功率

G——重力

η

——传动效率

T

ƒ——滚动阻尼系数

u

a

——最高车速

i——坡度

C

D

——风阻系数

A——迎风面积

δ——旋转质量换算

m——质量

根据最高车速的定义得：i=0,du/dt=0

其中:加装限流阀后P e=51.45KW；G=2940N；ηT=0.85；C D=0.25；A=0.746m2；

滚动阻尼系数由经验公式：f=f0+f1v

100+f4(v

100

)4可算出

查表后取：f0=0.01；f1=0.00027；f4=0.0012；

由此求得：u a=118km/h。

2.3确定传动比

根据公式：

u a=0.377rn

i g i o i c

式中：u a=118km/h；r=0.2667m；n=9000rpm；i g=1.272；i c=1.822；求得：i o=3.3

2.4 链条的选择

2.5大链轮的计算

因为小链轮齿数Z1=15且ic=Z2

Z1

所以:

大链轮齿数：Z

2

=49

分度圆直径：d=

p

sin(180°/z)

=12.7

sin180°49

⁄

=198.22mm

齿顶圆直径：d a=p(0.54+cot180°

z

) =204.67mm 齿根圆直径：d f=d−d1=190.30mm

2.6 链速的确定

由公式v=

znp 60×1000

得 v=14.37m/s

2.7链轮中心距的确定

根据所建传动部分的模型有，中心距a0=236；

所以链条节数：

＝70.74

圆整后取Lp＝72

然后由下式可求得实际中心距为：

＝244.34mm

3差速器部分：

3.1差速器的选择

由于普通差速器的转矩是按1:1在左右半轴间分配的，所以普通差速器有一种弊端，那就是由于一侧车轮悬空而导致空转，一旦发生类似的情况，差速器将动力源源不断的传给没有阻力的空转车轮，车辆不但不能向前运动，大量的动力也会流失。而LSD则可以实现转矩按一定比例分配，在工作时使左右车轮一同运转，且将左右车轮的转速差控制在一定范围之内，以保证车辆正常的行驶。

在高速过弯时，赛车质心高于摩擦力作用点---地面，因此在离心力和转矩的作用下迫使车辆内侧车轮负荷向外侧转移使得内侧车轮的附着力下降，这时内侧轮胎会出现打滑甚至离开地面空转的情况，此时LSD会限制内侧车轮的打滑或空转，并将动力转移到外侧车轮，因此采用限滑差速器可以提高塞车的过弯速度。

在四大动态测试----直线加速、8字绕圈、高速避和障耐久赛中除直线加速外均含有大量的弯道，因而采用LSD对提高塞车的整体成绩有很大的帮助。

而且装有LSD的赛车，在过弯过程中的那种操控特性与普通赛车完全不同，车手可以将油门踩深些，这时候除了提升了过弯的速度外，也可以使车手不用担心车辆因为进出弯速度太快而造成的危险，车手也不用费很大力气和精力去控制赛车的平稳，防止了车手的体力和精力的过度消耗以至于影响赛车的驾驶，这也从另一方面来提高了赛车的成绩。因此装载了LSD的赛车在过弯速度和可操纵性方面都比普通的差速器要好。

综合考虑上述原因和经费、加工等因素，最后我们选择了一款改装自轴传动沙滩车的滑块凸轮式限滑差速器。

实物如下图：

3.2差速器的加工

差速器直接固定在发动机上，固定方案如下图：

考虑到后驱动桥的整体布置和固定需要对差速器的密封端盖以及输出轴进行一些改进。

首先将差速器密封端盖改为如下图：

链盘则加工为如下图所示形状：

二者通过花键相连接。在端盖一侧安装一卡簧来限制链盘的轴向移动。

4半轴的设计计算

4.1半轴的计算载荷的确定

全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩：T=X2L∙r r=X2R∙r r

其中X2L =X2R =m’G2φ/2

式中：φ——轮胎与地面的附着系数，取1.4

m’——减速或加速时的质量转移系数，可取1.2～1.4此处取1.3

G2——汽车后轴载荷，为2800

所以：X2L =X2R=1.3×1400×1.4/2 =1274N

若按发动机最大转矩计算，即

X2L=X2R=ξT e max iη/r r

式中：ξ——差速器的转矩分配系数，这里取0.6

η——传动效率，为0.85

T e max——发动机最大输出转矩，限流后为60N·m

i——传动系最低档传动比，为2.833

r r——轮胎滚动半径，为0.2667m

代入后解得：

X2L=X2R=604.9N

所以：T=99.8N·m

4.2 半轴的直径可根据下式初选：

由此可求得：d =(9.51～12.9)mm

查表可得其需用切应力：[τ]=490MPa

考虑球笼的配套购买，最终选择：d =23mm

4.3 半轴强度计算

MPa

扭转应力：τ=16T

πd

式中：T——半轴的计算转矩，取99.8 N·m

d——半轴杆部的直径

由上式可求得：τ=47.8MPa＜[τ]=490MPa

故，强度满足要求。

5.传动系统防护及保护装置

大赛规则8.13.1要求：曝露在外的高速旋转部件都必须安装防护罩以防失效。

8.13.3 传动链的防护罩必须使用厚度至少为2.66mm（0.105英寸）的钢板制成，其宽度至少为链条宽度的三倍。

8.13.5 安装用紧固件——防护罩必须使用至少8.8级M6螺栓安装。

8.13.6安全罩必须在任何情况下在横向上与链或带保持平行。

结合以上要求，我们防护罩采用2.8mm厚的钢板制作，采用8.8级M6螺栓固定。