rl7050h0总布置设计本科学位论文文档格式.docx
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自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家（美国、英国、澳大利亚、日本、意大利、德国及巴西）举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。
SAE方程式（FormulaSAE）系列赛源于1978年。
第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。
当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。
SAE方程式（FormulaSAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。
为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。
赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。
在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。
2009年中国国产汽车产销分别为1379.10万辆和1364.48万辆，首次成为世界汽车产销第一大国。
汽车从中国人眼中的奢侈品到代步工具，到跃居世界汽车产销量第一的头把交椅，中国只用了短短十年时间。
回顾十年来中国汽车工业的突飞猛进，一浪高过一浪的市场消费力，驱使中国一跃成为全球最大的汽车消费大国，而非真正意义上的汽车产业强国。
中国汽车工业一直是在借鉴和应用，国外汽车一百多年来成熟的技术和制造工艺一路走来，而缺乏自主创新研发新技术的能力和人才培育。
中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"
FSAE"
）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。
我国从2006年起开始组建FSAE车队。
湖南大学、上海交通大学、厦门理工大学与同济大学自2007年至2009年共参加了在美国和日本举办的4场FSAE赛事，获得了多个单项奖及新秀奖。
为搭建国内优秀汽车人才的选拔平台，培养和提高汽车专业学生的综合素质，2010年第一届中国FSAE由中国汽车工程学会、中国二十所大学汽车院系、国内领先的汽车传媒集团——易车（BITAUTO）联合发起举办。
中国FSAE秉持“中国创造擎动未来”的远大理想，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现实基础，吸收借鉴其他国家FSAE赛事的成功经验，打造一个新型的培养中国未来汽车产业领导者和工程师的交流盛会，并成为与国际青年汽车工程师交流的平台。
中国FSAE致力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔搭建公共平台，FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。
比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目，通过全方位考核，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调等五方面的综合能力，全面提升汽车专业学生的综合素质，为中国汽车产业的发展进行长期的人才积蓄，促进中国汽车工业从“制造大国”向“产业强国”的战略方向迈进。
1.2FSAE方程式目的、依据和意义
汽车总布置设计是新车型开发的第一道工序，而新车型总体方案的确定是总布置设计的第一步。
一种新车型的投产，除产品开发过程外，还要做大量的生产准备工作，如投入资金设备厂房、人员及制定一整套相关工艺等。
这些都是为了保证整车能够稳定的大量的投入生产，并确保其整车性能和质量能被客户接受，所以整车总体方案和全部设计内容，也直接决定着工厂的投入。
因此，总布置工作——方案选择、布置、和计算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。
做好整车设计工作，必须做好以下两点：
第一、要能准确地分析市场形势、了解客户的心理状态、车辆使用特点，熟悉工厂的生产条件，以便真正确定出合理的整车方案；
第二、要有独立工作的能力。
因为方案确定后，实现该方案的所有布置、计算及整车的开发工作，基本上是由一个人来完成，所以要求设计者工作不应该有任何失误，否则会造成反工和浪费，甚至失掉抢占市场的机会。
因此要求设计者必须具有严谨、认真、细致、负责的精神，在整个开发过程中能协调和解决各方面问题和矛盾，使设计产品质量达到设计要求。
总布置工作虽然以完成全部图纸及技术文件资料来标志着阶段性的结束，但还应该进行整车装配图的校核工作，即利用已完成的全部图纸或三维数模进行全面的细致的整车装置的图面及运动校核，及时发现问题、解决问题，使设计中存在的问题消除在试制和试装车之前。
总布置设计在整车开发的过程中，占有非常重要的位置，必须认真做好这项工作。
目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。
从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。
此次对大学生方程式赛车的总体布置进行设计，其目的主要有：
一是重点培养学生的设计、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；
二是通过设计交流创造学术竞争氛围，为师生之间、同学之间提供良好的交流平台，进而推动学科建设的提升；
汽车总体布置设计是新车型开发的第一道工序，其在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,对增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。
第2章总布置设计准备及整车型式选择
2.1总布置设计的准备
2.1.1市场调研
市场调研是制定商品规划的前提和基础，企业为了获取对外部环境的认识，需要设置专门机构，不断地进行认真、细致和规范的市场调查和预测。
调研工作可以分为市场普查和专项调查。
市场普查：
可参与每年进行的市场情况调查，包括国内外制造厂家的产品开发生产销售国家政策地方规定、社会车辆运转情况统计、营运费用、管理维修、车辆性能、可靠性、寿命及备件供应等，从而掌握国内外市场情况、变化规律、发展趋势、用户的使用和需求状况，及时发现市场需求和预测未来。
专项调查：
参加为开发某车型而专门进行的市场调查，明确调查目标，细化调研提纲，对整车总成性能参数必须有初步的设想后，再对使用者和使用现场逐项进行的了解、找出差异，特别重点调研有关技术难点——性能要求、结构处理、特殊用途或要求等。
调研的方法主要是通过听问看和测试手段，达到预期目的，通过研究思考达到完善和创新，形成一个比较完整的方案。
中国FSAE赛车总体设计要求：
1．赛车构造
赛车必须是裸露式车轮和敞开式驾驶舱（方程式车型），以及四个车轮不能在一条直线上。
2．车身
从车的前端到主防滚架或者防火墙的这段空间里，除了驾驶舱必须的开口，车体上不允许有其他的开口。
允许在前悬架处有微小的开口。
3．轴距
赛车必须有至少1525mm（60英寸）的轴距。
轴距是指在车轮指向正前方时同一侧两车轮与地面的接触点之间的距离。
4．轮距
赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。
5．可视性
检查表格上所有的条目必须在不使用工具，比如内窥镜或是镜子的情况下清楚地呈现给技术检察官看。
呈示时可以拆卸车身外板或提供可拆卸的可见套件。
2.1.2样车分析
选同类型的样车，作为设计参数和设计的目标车型。
第一届FSAE北京理工大学参赛赛车，如图2.1,2.2所示：
图2.1北京理工大学参赛赛车后视图
图2.2北京理工大学参赛赛车侧视图
北京理工大学参赛赛车车身尺寸为：
长2868mm、宽1450mm、高1048mm，轴距1650mm，前轮轮距为1250mm，后轮轮距为1200mm，车身小巧，最小转弯半径为3m。
整备质量也为208kg，前后轴荷比被设计成46:
54。
10英寸KEIZER铝合金轮毂，与规格为18*6-10（R25B）的Hoosier方程式热熔胎相搭配。
驾驶舱内装有萨波尔特（Sabelt）的五点式安全带。
CF188自然吸气式发动机，排量为493cc，最大功率可达32kw，引擎最高转速可达7000rpm，极速为135km/h，百公里加速时间5.2s。
前后悬结构采用的是双横臂式、四轮盘式制动、传动方式为链条传动、后驱动轮（该车为后轮驱动）设有对称锥齿轮式差速器，而与发动机相搭配的是一台CVT无级变速器。
车身是由4130钢材焊接而成的，车架之间的焊接加工工艺采用的是二氧化碳保护焊，如图2.3所示。
前后willwoodcaliperps1双活塞卡钳，可在保证足够的制动力同时大幅减小制动总成质量。
图2.3车架
2.1.3制定设计目标
RL7050H0赛车主要应用于FSAE比赛，对于各总成部件要求符合比赛规则。
为了使RL7050H0赛车能够在赛事中取得优异的综合测评，要求其在动态项目中，赛车必须保持其机械性能完整性。
能够顺利的完成加速性测试，8字绕环测试，高速避障测试，燃油消耗测试和耐久测试。
并要将制造成本控制到最低。
2.2整车型式的选择
根据设计要求，对整车型式进行方案分析，主要包括以下几个部分：
（1）发动机的种类和型式
（2）轴数和驱动型式
（3）车头和驾驶室的型式及发动机与前轴的位置关系
（4）轮胎的选择
2.2.1发动机的种类和布置型式
驱动赛车的发动机必须为四冲程、排量610cc以下。
第一年中国FSAE大赛，发动机统一采用赞助单位提供的发动机，可以在规则的限制范围内改造发动机。
CF188（500cc）四气门ATV专用发动机（如图2.4所示）是春风控股集团有限公司根据国内外ATV车生产厂家对大型ATV车专用发动机特有使用要求专门全新研发的四气门无极变速ATV专用发动机。
既保持了春风发动机寿命长、动力强、声音轻、省油、环保等五大特点，又利用春风水冷机的特点解决了沙滩车大扭矩低车速长期工作情况下对发动机的冷却要求。
单缸水冷四气门四冲程化油器发动机，具有前后轴传动输出，电和手拉两种起动方式，带发动机易起动减压功能，CVT自动无极变速，带下坡发动机制动，带停车变换的发动机体内一体化高档、低档、空档、停车档、倒档和档位显示，带车速里程输出，带汽车式易更换机油滤；
还可以根据厂家需要选择配套4x4车、4独立悬架的前后桥和所有传动轴，可以电控方式方便的进行4x2、4x4、前桥差速锁死的变换，ECU点火器带危险工况的保护功能，还可以选装空滤器、散热器、风扇等。
图2.4CF188发动机外形尺寸图
发动机：
CF188（500CC）
缸径×
行程：
87.5×
82
最大功率：
24kW/6500r/min
点火方式：
无触点、CDI直流点火
外形尺寸（长x宽x高）：
610×
587.5×
519（mm）
发动机形式：
单缸、四冲程、水冷、四气门、顶置式凸轮轴、单平衡轴
压缩比：
10.2:
1
最低燃油消耗率（g/kw.h）：
340
润滑方式：
压力飞溅润滑
启动方式：
电起动/手拉起动
2.2.2驾驶室的型式
驾驶室与发动机、前轴的布置位置，可组成不同的布置结构，形成不同的整车外型，对使用性能也有一定的影响。
方案一：
发动机前置前轮驱动（FF）
这种布置型式为微型、普通级和中级轿车所广泛采用。
与后轮驱动的乘用车相比较，前轮驱动乘用车的前桥轴荷大，有明显的不足转向性能；
因为前轮是驱动轮，所以越过障碍的能力高；
主减速器和变速器装在同一个壳体内，动力总成结构紧凑，且不需要在变速器与主减速器之间设置传动轴，车内地板凸包高度降低，有利提高乘坐舒适性；
发动机布置在轴距外时，汽车的轴距可以缩短，因而有利于提高汽车的机动性；
汽车的散热器布置在汽车前部，散热条件好，发动机可以得到足够的冷却；
行李箱布置在汽车后部，固有足够大的行李箱空间；
容易改装为客货两用车或救护车；
供暖机构简单，且因管路短而供暖效率高；
发动机、离合器、变速器与驾驶员位置近，所以操纵机构简单；
发动机横置时能缩短汽车的总长，加上取消了传动轴等因素的影响，汽车消耗的材料明显减少，使整备质量减轻；
发动机横置时，原主减速器的锥齿轮需要用圆柱齿轮取代，这又降低了制造难度，同时在装配和使用时也不必进行齿轮调整工作，此时，变速器和主减速器可以使用同一种润滑油。
前轮驱动并转向需要采用等速万向节，其结构和制造工艺均复杂；
前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；
上坡行驶时因驱动轮上的附着力减小，汽车爬坡能力降低，特别是在爬越泥泞的坡路时，驱动轮容易打滑并使汽车丧失操纵稳定性；
由于后轴负荷小而且制动时轴荷要前移，后轮容易抱死并引起汽车侧滑；
当发动横置时受空间限制，总体布置工作困难，维修与保养时的接近性变差；
一旦发生正面碰撞事故，因发动机及其附件损失较大，维修费用高。
方案二:
：
发动机前置后轮驱动（FR）
汽车的传统布置形式，常为中高级及高级轿车所采用。
轴荷分配合理，因而有利于提高轮胎的使用寿命；
前轮不驱动，因而不需要采用等速万向节，这有利于减少制造成本；
操纵机构简单；
采暖机构简单，且管路供暖效率高；
发动机冷却条件好；
上坡行驶时，因驱动轮上的附着力增大，故爬坡能力强；
改装为客货两用车或救护车比较容易；
有足够大的行李箱空间；
因变速器与主减速器分开，故拆装、维修容易；
发动机的接近性良好。
因为车身地板下方有传动轴，所以地板上有凸起的通道，并使后排座椅中部座垫的厚度减薄，影响乘坐舒适性；
汽车正面与其他物体发生碰撞时，易导致发动机进入客厢，会使前排乘员受到严重伤害；
汽车的总长、轴距均较长，整车整备质量增大，同时影响到汽车的燃油经济性和动力性。
方案三：
发动机后置后轮驱动（RR）
这种布置在微型汽车和小型轿车上曾得到广泛使用，但现在轿车上已很少采用。
动力总成布置成一体而使机构紧凑，因为发动机后置，汽车前部高度有条件降低，改善驾驶员视野；
同时排气管不必从前部向后部延伸，加上可以省掉传动轴，故可向内地板凸包只需要有较低的高度用来容纳操纵机构的杆件和加强地板刚度即可，这就改善了后排座椅中间座位乘员出入的条件；
整车整备质量小；
乘客座椅能够布置在舒适区域；
上坡行驶时，由于驱动轮上的附着力增加，爬坡能力提高；
当发动机布置在轴距外时轴距短，汽车机动性能好。
后轴负荷重，使汽车具有过多转向倾向，操纵性变坏；
前轮附着力小，高速行驶时转向不稳定，影响操纵稳定性；
行李箱在前部，受转向轮转向时要占据一定空间和改善驾驶视野的影响，行李箱体积不够大；
因动力总成在后部，距驾驶员较远，所以操纵机构复杂；
驾驶员发现发动机故障不如发动机前置容易；
发动机后置不仅对发动机冷却和前风挡玻璃除霜带来不利，而且发动机工作噪声容易传给驾驶员，一旦汽车发生追尾事故，又会对后排乘员构成危险；
受发动机高度影响，改装为客货两用车或救护车困难。
方案四:
发动机中置后轮驱动（MR）
是大多数运动型轿车和方程式赛车所采用的型式。
此外，某些大、中型客车也采用该型式，但采用该型式的货车很少。
对于运动型车,可获得最佳的轴荷分配，操纵稳定性和行驶平顺性较好.发动机临近驱动桥，无需传动轴，从而减轻车重，具有较高的传动效率；
重量集中，车身平摆方向的惯性力矩小，转弯时，转向盘操作灵敏，运动性好；
对于大、中型客车具有车厢内的面积利用率较高、车内噪音小、传动轴短、传动效率高等优点。
发动机的布置占据了车厢和行李箱的一部分空间，通常，车厢内只能安放2张座椅；
对发动机的隔音和绝热效果差，乘坐舒适性有所降低；
对于大、中型客车,发动机需要特殊设计，且其冷却和防尘不易；
远程操纵机构复杂，维修保养不便.地板高度难于降低。
因赛车的布置结构紧凑，选用此种布置发动机。
2.2.3轮胎的选型
根据车辆类型、总质量、道路条件、车速及其他特殊要求，合理地选择轮胎。
轮胎选择的好坏直接影响整车的使用性能，如动力性、经济性、通过性、安全性等。
因此必须按使用要求、道路条件和国家标准进行合理的选择。
一般在汽车满载时，轮胎所受的静负荷应等于小于它的额定负荷（约0.9—1.0）。
这主要根据车辆的使用情况和道路条件而定，在条件比较好的情况下－不超载、道路条件好，轮胎的静负荷可与额定负荷相等或相近，气压也可选高一点，这样会提高整车的经济性能。
轮胎选择的另一个关键因素是车速。
随着高速公路的发展和道路条件的改善，现代汽车的车速越来越高，对于轮胎来说，车速越高，轮胎的发热量也越大，致使轮胎的磨损和寿命都受到影响。
轮胎的额定负荷能力是在一定车速下给定的，超过该车速长期使用合适轮胎的寿命急剧下降。
另外，还要考虑的一个因素是超载。
车辆超载或减载运行将对轮胎的负荷能力和使用寿命产生直线下降或上升的影响。
所以要根据具体的使用条件－道路、载荷、车速等因素来选择轮胎的规格、基本参数、气压和负荷能力，以保证整车的正常使用和性能的发挥。
汽车常用的轮胎有普通斜交胎和普通子午线胎。
普通斜交胎的胎体帘线层较多，胎侧厚，使用中不易刺破，侧向刚度大，但是缓冲性能差。
而子午线胎的帘布层呈子午线排列，是帘布线的强度得到充分的利用，缓冲层也较多，加强了胎冠，所以提高了轮胎的缓冲性能、附着性能和使用寿命，滚动阻力比普通斜交胎要小，因而提高了整车的经济性。
但是制造成本较高，由于胎侧较薄，侧向刚度小，太侧易被刺破。
但是其优点较明显，相对斜交轮胎，子午线轮胎具备以下特点:
良好的操纵稳定性能、安全的转弯性能、良好的耐磨性能、生热少、滚动阻力低，节省燃油费用、牵引能力强，打滑少、高速行驶时的乘车舒适感好。
2010中国FSAE攒足轮胎相关参数见表2.1，赛事规定赛车可装备如下两套轮胎：
表2.12010中国FSAE赞助轮胎的相关参数
规格
180/530R13
轮胎接地面宽（mm
inch）
185
7.3
标准轮辋内距
8.0
轮胎半径（mm）
244
轮胎胎面宽（mm
223
8.8
轮胎周长
1626
轮胎外径（mm
533
21.0
轮辋内距
7.5-8.5
干胎——在检查时安装在赛车上的轮胎定义为干胎。
干胎尺寸任意，型号任意。
他们可以是光头胎，也可是有纹的
雨胎——雨胎可以是如下规定的任何型号和尺寸的有花纹和沟槽的样式：
（1）花纹和沟槽的图案必须是由轮胎厂商塑造成型的，任何被刻制的花纹沟槽必须有文件证明它是符合比赛的相关规定的。
（2）沟槽最浅为2.4mm（3/32英寸）。
2.2.4转向机构型式的选择
1．齿轮齿条式转向器
中小型轿车以及前轴轴荷小于1.2t的客车、货车，多采用该种型式，如图2.5所示。
齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条。
转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。
有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。
通常均布置在前轮轴线之后。
转向传动副的主动件是一斜齿圆柱小齿轮，它和装在外壳中的从动件——齿条相啮合，外壳固定在车身或车架上。
齿条利用两个球接头直接和两根分开的左、右横拉杆相联。
横拉杆再经球接头与梯形臂相接。
齿轮齿条式转向器是依靠齿条背部靠近主动小齿轮处装置的可调节压力的弹簧来消除齿轮齿条传动副的齿间间隙的。
为了转向轻便，主动小齿轮的直径应尽量小。
通常，这类转向器的齿轮模数多在2～3mm范围内，压力角为20。
，主动小齿轮有5～8个齿，螺旋角为9°
～15°
。
根据小齿轮螺旋角和齿条倾斜角的大小和方向的不同，可以构成不同的传动方案。
齿轮
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