车架设计说明书

题目：氧传感器演示台设计专业：车辆工程

班级：0902

宿舍：I3-204+201

学生：杨辉宝、张鑫、李峰府

程鹏、刘驹扬、赵崇建

陈怡玲

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目录

1.引言 (3)

2．车架设计和制造的整体思路 (3)

2.1、车架的设计思路 (3)

2.2、车架的制造思路 (3)

3.车架整体设计 (3)

3.1、车架形式的选择 (4)

3.2、车架材料的选择 (4)

3.3、车架用钢管规则选择 (4)

3.4、车架各部分设计 (5)

4.车架制作 (14)

4.1、车架制作的问题与解决方案 (14)

4.2、车架焊接顺序 (15)

4.3、车架受力分析及计算 (15)

5.设计车架的发展趋势 (17)

5.1、材料方面 (17)

5.2、结构方面 (17)

6.课程设计总结 (22)

1．引言

赛车的车架是支撑赛车其他部件，构成赛车主体的重要部件。该报告就是叙述车架从最初设计到最后制成整个过程的，其主要包含四大部分内容：车架外形设计、车架模拟力学分析、车架制作以及缓冲结构数据报告。车架外形设计从车架的形式选择、材料选择、管件规格选择和各部分详细设计等方面进行了叙述。车架模拟力学分析主要运用ANSYS力学分析软件对车架模型进行了计算机模拟分析，完成的主要工作有静载分析、翻车情况分析、运动模态分析和车架扭转刚度分析。车架制作部分详细阐述车架的焊接步骤，并叙述了在车架焊接中遇到的各种问题以及解决方法。由于规则中还明确要求对缓冲结构进行性能试验并给出试验数据报告，所以该报告也给出了缓冲结构试验的报告。除了这三部分工作，在本报告的最后还指出了设计中的缺陷并提出改进方案，为今后的设计提供了重要经验。

2．车架设计和制造的整体思路

2.1、车架设计思路

如果把一辆赛车比作一个充满活力的运动员的话，车架就是他的骨骼。如同骨骼是人的重要组成部分，车架对于赛车来说也是最重要的部分之一。一个运动员要想得到好成绩，他的骨骼就必须要轻并且强劲。对于赛车也是如此，一个轻而结实的车架能够让赛车的的性能得到很大提高。赛车的车架的作用是支撑赛车其他部件，构成赛车主体的，所以车架也应该能够容纳下赛车的所有部件但不能有太多空间浪费。综上所述，车架设计的整体思路是以大赛规则为依据，满足赛车车架强度与刚度的条件下车架重量达到最轻，在满足容纳下赛车所有部件的条件下车架空间达到最小。

2.2、车架制造思路

车架的整体为钢管焊接而成，由于钢材在焊接后会产生较大的热变形，所以如何控制热变形也成了车架制造需要首要考虑的问题。根据这个问题，车架制造的整体思路确定为通过选用合适的工具和采取合适的焊接工艺来保证车架焊接后的热变形影响最小，车架的重要部分的尺寸满足设计要求。

3．车架整体设计

3.1.车架形式的选择

根据规则要求，加上查阅部分资料，我们发现车架的选择方案主要有以下三种：一体式金属车架、一体式复合材料车架和桁架式金属车架。其中桁架式金属车架是由多根金属钢管通过焊接或铆接形成的具有空间三角结构的框架。其加工工艺简单，不需要特殊加工技术和加工专业设备，并且具有良好的刚度和强度，加工成本低廉。因此，我们最终选定车架形式为桁架式车架。

3.2.车架材料的选择

根据2012中国FSC大赛规则（后简称“规则”）第二章3.3.1条规定，车架最低原材料为合金钢和低碳钢

20钢力学性能及特点如下：

抗拉强度σb (MPa)：≥410(42)屈服强度σs (MPa)：≥245(25)伸长率δ5 (％)：≥25断面收缩率ψ (％)：≥5，硬度：未热处理,≤156HB，试样尺寸：试样尺寸25mm。电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小。

由于规则中对主环和前环的材料进行了相应的规定，而20号钢管具有焊接性能好，价格便宜等优势，所以我组最终决定整车车架材料为20号钢管。

3.3．车架用钢管规格选择

3.3.1、根据规则第二章3.3.1条规定，赛车基本结构最小尺寸如下：

为便于零件采购、管理和加工，以及减轻车架重量，我组选取钢管规格为25.0mm×1.5mm和25.0mm×2.5mm的两组尺寸。前隔板支撑规格为前者，后者为车架其他部分规格。

3.3.2、车架发动机安装区域

官方提供的发动机尺寸为610mm×568mm×519mm（长×宽×高）。为保证发动机可以正常放置，以及考虑到传动系统的布置，发动机安装区域尺寸设计为长655,mm，宽600mm。

3.3.3、侧防撞结构设计

根据规则要求，桁架式车架的侧边防撞结构必须有车手两侧各至少3个车架单元构成。当车手普通驾驶姿势乘坐时，侧防撞结构必须有至少3根管件位于车手两侧。这三根所需的管件必须由满足规则要求的材料制成。这三根管件的位置如下：

●上部的侧防撞管件必须和主环及前环相连接，当一个77kg的车手以普通姿势乘坐时，该管件的位置必须在离地300mm至350mm之间。上部的车架管件若是满足该高度、直径和厚度的条件，也可以代替使用。

●底部侧防撞结构必须和主环底部及前环底部相连接。如果车架底部钢件车架单元的管件外径和管壁厚度满足要求，也可以代替使用。

●侧面对角防撞结构必须连接位于主环前部、前环后部的上部和下部的侧面防撞单元。

3.4.车架各部分设计

3.4.1、底盘外形设计

设置为梯形底盘可有效地降低赛车重心高度，但要保证车手的坐姿所以不能降低过多。

3.4.2、前隔板设计

规则关于前隔板的要求如下：

●前隔板必须用封闭的管件做成。

●前隔板必须位于所有不可挤压部件之前，如电池、主缸和液压缸。

●安装前隔板后当车手的脚底接触但没有踩踏板时仍能位于隔板“平面”

的后面(该“平面”是指由管件的最前端表面所构成的一个平面。可调

节的踏板必须位于最前端的位置。

●承载结构需要一个合格的SEF以便展示此结构与焊接车架在能量耗散、

屈服强度和极限弯曲扭转、拉伸强度方面具有相同的表现。

根据规则我们可以知道，前隔板应该是位于整个车架的最前端，用于安装