方程式赛车传动系统设计分析.doc

1、河北工业大学2013届本科毕业论文目 录1 绪论11.1引言11.2 FSAE大学生方程式汽车大赛简介11.3赛事意义31.4比赛规则简介42. 原理分析72.1软件介绍72.1.1 UG NX的技术72.1.2 ANSYS82.2传动系介绍82.2.1布置形式的选择92.2.2 传动形式的选择102.3气动换挡简介133 结构设计143.1主减速器设计143.1.1设计方案（一）153.1.2设计方案（二）163.1.3 用ANSYS分析203.2差速器壳体与支撑架的设计233.2.1差速器的选取233.2.2差速器支撑架的设计253.2.3 ANSYS受力分析273.3气动换挡283.3.

2、1 实现原理：283.3.2 理论计算：293.3.3气动元件的选择323.3.4控制元件的选择33 3.3.5 储气装置的选择353.3.6打气装置的选择453.3.7 安装效果461 绪论1.1引言汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系统。它应该保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等等功能，使汽车具有良好的动力性以及燃油经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并使动力传递能根据需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。针对我校在中国大学生方程式汽车大赛中

3、参赛的情况，本次毕业设计主要进行方程式赛车传动系统设计任务，根据“兴冀号”方程式赛车传动系统特点，进行链传动的设计，确定变速器动力输出链条传动形式及选型，设计链轮结构，完成链轮结构图纸以及变速机构操纵机构由拉绳机构变为气动机构设计，并根据新的托森差速器修改差速机构布置形式。赛车设计参数：发动机型号：CBR600；变速器：手动六档 国际档 ；轴距=1600mm；轮辋直径14英寸；动力传动采用链条传动； 车身形式：敞开式。1.2 FSAE大学生方程式汽车大赛简介Formula SAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在

4、一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的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（Formula SAE）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（Formula SAE）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

5、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。 为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周末业余汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车, 并要求原型车实际耗资应低于2.5万美元（该规则09年已经取消）。设计小组受到

6、的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容 5 。2009年的FSAE比赛包括在美国的密歇根、加州和弗吉尼亚赛，以及英国、德国、澳大利亚、巴西、意大利、日本赛。 2010年10月，中国第一届大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场举办。 北京理工大学夺冠，我校未参加，共20所院校参赛。2011年10月，中国第二届大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场举办。北京理工大学夺冠，我校参加并获得第23名，共33所院校参赛。2012年10月，中国第三届大学生方程式汽车大赛在上海国际赛车场举办。湖北汽车学院夺冠，我校参加并完成获得第21名，共50所院校参赛。中国大学生方程式汽

7、车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。2010年第一届中国FSC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FSC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FSC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

8、际青年汽车工程师交流的平台。中国FSC致力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔搭建公共平台，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。中国FSC是一项非盈利的社会公益性事业，利在当代，功在未来。项目的运营和发展结合优秀高等院校资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入的人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金。1.3赛事意义目前，中国

9、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。大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、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；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升；大赛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,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。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘

10、体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIA 、UG、 ANSYS以及焊接、定位、机加工技能,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会6。通过FSAE 大赛可以学到很多书本上学不到的东西，并且能够将知识转化为专业技能，同时还

11、能锻炼.学生的团队合作能力和责任感。大赛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,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。 1.4比赛规则简介比赛规则非常开放，以鼓励学生的原创设计和各种形式的赛车的出现。比赛的基本原则如下： 开轮/开舱 使用排量不超过610cc的四冲程汽油机 安装内径20mm的进气限流阀 轴距不小于1525mm 轮辋不小于8英寸 必须能够制动全部四个车轮 悬架行程不小于50.8mm（2英寸） 大量安全和结构强度要求 整车成本不大于25000美元（按规则计算）5 比赛通过一系列静态和动态的项目来评判汽车的优劣，这些项目

12、包括：技术检验、成本分析、市场陈述、工程设计、单项性能测试、耐久测试、燃油经济性。通过给这些项目打分来评判汽车的性能。 项目分值分配如表1-1所示。表1-1 成绩评定项目分值分配表环节名称分值静态项目陈述75工程设计150成本分析100动态项目加速性75弯道性能50操作稳定性150燃油经济性 50耐久性300总体两项总分10002. 原理分析2.1软件介绍在本次毕业设计中，我用到了UG画三维模型，以及用ANSYS做链轮及支撑架的静态受力分析。2.1.1 UG NX的技术UG是Unigraphics的缩写，本次毕业设计我用的是UG6.0。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制

13、造)系统，它功能非常的强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，所以我选择UG6.0来为我本次毕业设计绘制三维图。它在诞生之初主要基于工作站，但随着时间的推移以及PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用，我们自己的电脑上也都安装了相应学生版的软件。UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的，现在已经实现了很方便的模块化，也非常便于我们的操作。UG NX是一个在二和三维空间上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的软件工具，再设计过程中非常好用。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案非常方便我们随时的进行修改。因此软件可

14、对许多不同的应用再利用以及在开发和修改。一个给定的过程模拟需要来自于数学(分析以及数值数学)、应用领域(自然科学以及工程)及计算机科学的相关知识。但是，所有这些技术在平时复杂应用中的使用并不是太容易。这正是因为组合这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识以及方法。最终软件的实现变得相当复杂，以致于远远超出了一个人能够管理的范围。一些可以使用的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）以及和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时伴随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发应用发展给我们带来了许多新的可能。也是我毕业设计中选择UG的重

15、要原因。2.1.2 ANSYS在本次毕业设计中，我不仅需要设计出合适的零部件，还需要对所设计的零部件进行受力分析，我选用了ANSYS软件。ANSYS软件是一款综合结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型复杂通用有限元分析软件，在使用过程中特别的好用方便使用。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。 它可以和大多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，例如我们常用的Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是我们现代产品设计中的高级CAE工具之一。而且ANSYS公司还和中国大学生方程式汽车大赛有合作，我们有相关便利条件可

16、以拿到学生版的软件以及相关培训资料。ANSYS公司由John A. Swanson于1970年正式成立，原名为“Swanson分析系统公司”（Swanson Analysis Systems, Inc.）。ANSYS公司总部坐落于美国宾夕法尼亚洲的匹兹堡，目前在全球拥有40多个代理商和子公司。ANSYS及其子公司一共拥有超过1600多名员工，并且在40多个国家销售其产品。在我们平时的学习、实验中也是多有接触。ANSYS公司致力于工程仿真软件和技术的研发与发展，其主要产品ANSYS在全球众多行业中被工程师和设计师所广泛使用。我本次毕业设计主要用到的是零件分析部分。ANSYS公司重点开发开放灵活的

17、，准确的，方便使用的对设计直接进行仿真的解决方案，提供从概念设计过程一直到最终测试产品研发全过程的统一平台，同时追求快速、高效、便于使用和成本意识的产品开发。公司为客户提供销售、培训和技术支持一体化服务。而且还有很重要的一点ANSYS公司还和中国大学生方程式汽车大赛有合作，我们有条件可以拿到学生版的软件以及相关培训资料，方便本次的毕业设计。2.2传动系介绍针对我校在中国大学生方程式汽车大赛中参赛的情况，本次毕业设计主要进行方程式赛车传动系统设计任务，根据“兴冀号”方程式赛车传动系统特点，为“兴冀号”进行链传动的设计，确定变速器动力输出链条传动形式及选型，设计链轮结构，完成链轮结构图纸以及变速机

18、构操纵机构由拉绳机构变为气动机构设计，并根据新的托森差速器修改差速机构布置形式。汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系统。传动系统应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能，以保证汽车具有良好的动力性和燃油经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并且使动力传递能根据需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。汽车传动系的布置形式是根据发动机的类型、安装位置、以及汽车用途的不同而变化的。例如，越野车多采用四轮驱动，则在它的传动系中就增加了分动器等总成。而对于前

19、置前驱的车辆，它的传动系中就没有传动轴等装置。2.2.1布置形式的选择传动系的布置型式机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置及汽车的驱动型式有关。可分为：(1)前置后驱FR：即发动机前置、后轮驱动。这是一种传统的布置型式。在国内外的大多数货车、部分轿车跑车和部分客车都采用这种型式。FR的优点是有着附着力大易获得足够的驱动力，整车的前后重量相对而言比较均衡，操控稳定性比较好。缺点是传动部件多、传动系统质量大，贯穿乘整车的传动轴占据了舱内的地台空间，乘坐舒适度降低。(2)后置后驱RR：即发动机后置、后轮驱动。在大型客车上较多的采用这种布置型式，并且少量微型、轻型轿车也采用这种型式。发动机后置，

20、使前轴不易过载，而且能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度同时充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多。(3)前置前驱FF：发动机前置、前轮驱动这种型式操纵机构简单、发动机散热条件好。但上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。大多数轿车采取这种布置型式。(4)越野汽车的传动系越野汽车一般为全轮驱动，发动机前

21、置，在变速箱后装有分动器将动力传递到全部车轮上。轻型越野汽车普遍采用44驱动型式，中型越野汽车采用44或66驱动型式；重型越野汽车一般采用66或88驱动型式。(5)四轮驱动4WD无论上面的哪种布局，都可以采用四轮驱动，以前越野车上应用的最多，但随着限滑差速器技术的发展和应用，四驱系统已能精确地调配扭矩在各轮之间分配，所以高性能跑车出于提高操控性考虑也越来越多采用四轮驱动。4WD的优点是：四个车轮均有动力，地面附着率最大，通过性和动力性好。(6)中置后驱MR:即发动机中置、后轮驱动发动机放置在前、后轴之间，同时采用后轮驱动，类似F1赛车的布置形式。还有一种“前中置发动机”，即发动机置于前轴之后、

22、乘员之前，类似于FR，但能达到与MR一样的理想轴荷分配，从而提高操控性。MR的优点是：轴荷分配均匀，具有很中性的操控特性。缺点是：发动机占去了座舱的空间，降低了空间利用率和实用性，因此MR大都是追求操控表现的跑车。我们的赛车也是采用的中置后驱布置，我们主要考虑到规则限制，以及总体布置所决定的，发动机放置在前后轴之间，采取后轮驱动。2.2.2 传动形式的选择布置形式选定以后，下一步就要考虑传动形式，常见的传动形式有：机械式传动系机械式传动系结构简单、工作可靠，在各类汽车上得到广泛的应用。其基本组成情况和工作原理：发动机的动力经离合器1、变速器2、万向节3、传动轴8、主减速器7、差速器5、半轴6传

23、给后面的驱动轮。并与发动机配合，保证汽车在不同条件下能正常行驶。为了适应汽车行驶的不同要求，传动系应具有减速增扭、变速、使汽车倒退、中断动力传递、使两侧驱动轮差速旋转等具体作用。液力传动系液力传动系组合运用液力和机械来传递动力。在汽车上，液力传动一般指液传动，即以液体为传动介质，利用液体在主动元件和从动元件之间循环流动过程中动能的变化来传递动力。动液传动装置有液力偶合器和液力变矩器两种。液力偶合器只能传递扭矩，而不能改变扭矩的大小，可以代替离合器的部分功能，即保证汽车平稳起步和加速，但不能保证在换档时变速器中的齿轮不受冲击。液力变矩器则除了具有液力偶合器的全部功能外，还能实现无级变速，故应用得

24、比液力偶合器广泛得多。但是，液力变矩器的输出扭矩与输入扭矩的比值范围还不足以满足使用要求，故一般在其后再串联一个有级式机械变速器而组成液力机械变速器以取代机械式传动系中的离合器和变速器。液力机械式传动系能根据道路阻力的变化自动地在若干个车速范围内分别实现无级变速，而且其中的有级式机械变速器还可以实现自动或半自动操纵，因而可使驾驶员的操作大为简化。但是由于其结构较复杂，造价较高，机械效率较低等缺点，除了高级轿车和部分重型汽车以外，一般轿车和货车很少采用。静液式传动系静液式传动系又称容积式液压传动系。主要由油泵、液压马达和控制装置等组成。发动机的机械能通过油泵转换成液压能，然后由液压马达再又转换为

25、机械能。在图示方案中，只用一个水磨石马达将动力传给驱动桥主减速器，再经差速器、半轴传给驱动轮。另一方案是每一个驱动轮上都装一个水磨石马达。采用后一方案时，主减速器、差速器、和半轴等机械传动件都可取消静压式传动系由于机械效率低、造价高、使用寿命和可靠性不够理想，故只在某些军用车辆上开始采用。电力式传动系电力式传动系主要由发动机驱动的发电机2、整流器3、逆变装置（将直流电再转变为频率可变的交流电的装置）、和电动轮（内部装有牵引电动机和轮达减速器的驱动轮）等组成。电力式传动系的性能与静液式传动系相近，但电机质量比油泵和液压马达大得多，故只限于在超重型汽车上应用。齿轮传动齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互

26、啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。而且最重要的是齿轮传动需要有中间轴，并且需要润滑，如果放在赛车上的话

27、，还需要加装齿轮箱、中间轴等等，不利于与赛车整体布置与设计。链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。在我们赛车上所采用的就是链传动。特点与带传动相比，链传动没有弹性滑

28、动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波动，传动噪声较大。 由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考

29、虑。2.3气动换挡简介使用气动换挡的原因：电气化是赛车的一个发展趋势，回顾2010年2011年和2012年三届比赛，使用气动换挡的车队越来越多，已经得到了普及。 1.提高赛车操控性 2.减轻车手负担，使车手左脚刹车右脚油门，离合、换 它有这么几个优势： 档通过方向盘上的按钮（键）控制。 3.结构简单，容易实现 4.即使比赛时工作不正常，可以方便换成手动机械换挡实现原理： 电磁阀 气缸 换挡摇臂 压缩气体 减压阀 单片机 换挡信号 电磁阀 气缸 离合摇臂 电磁阀来完成电信号转换到气动执行机构 高压气瓶连接减压阀 当车手需要换挡时，发动机转速表达到一定值后按动换挡开关，给出动作指令。电子控制单元(

30、单片机）控制整个换挡过程（离合与换挡的配合）。该系统采用气缸活塞带动变速箱/离合器摇臂，取代了传统的机械连杆机构。气缸活塞的运动由电子控制单元控制电磁阀开关控制气压高低去控制。3 结构设计3.1主减速器设计CBR600F5的发动机由于未上台架进行测试，无法得知发动机的具体数据。所以只能借取CBR600原厂以及其他学校测取的数据进行设计。通常Formula SAE 赛车在典型赛道上最长直道末端的最高时速约为100km/h赛车传动系的总传动比it是发动机变速器的传动比与最后传动比的乘积。即：it=io*in io变速器的传动比，in最后的传动比 通常限制链传动的传动比i6，推荐的传动比i=23.5

31、。 CBR600F5的主要参数：缸径x冲程 67.0x42.5mm 压缩比 12.2:1 排量 599cc 初级减速 2.11(76/36) 传动比 1st 2.750(33/12) 2nd 2.000(32/16) 3rd 1.667(30/18) 4th 1.444(26/18) 5th 1.304(30/23) 6th 1.208(29/24)3.1.1设计方案（一）通过CBR600RR 发动机的参数可知，发动机的最大功率出现在转速n=12200rpm 时。但CBR600F5的性能比CBR600RR稍差，所以这里以10500rpm 作为赛车达到100km/h 时的发动机转速，功率为51k

32、w，根据13英寸轮辋使用hoosier13英寸光头胎时的轮胎滚动半径为0.254m。根据变速箱性能参数，变速箱的4 档减速比ig=3.048。Z2=io*z1=3.3*13=42.9取Z2 =43。则此时的传动比为io=43/13=3.3。链条选取08B，节距=12.7。链轮的最小中心矩：amin=0.2*z1*(i+1)*p=0.2*13(3.3+1)*12.7=141.9861203.1.2设计方案（二）通过CBR600RR 发动机的参数可知，发动机的最大功率出现在转速n=12200rpm 时。但CBR600F5的性能比CBR600RR稍差，所以这里以9200rpm 作为赛车达到80km/

33、h 时的发动机转速，功率为51kw，轮胎滚动半径为0.254m。根据变速箱性能参数，变速箱的4 档减速比ig=3.048。Z2=io*z1=3.6*13=46.8取Z2 =47。则此时的传动比为io=47/133.6。链条选取08B，节距P=12.7。链轮的最小中心矩：amin=0.2*z1*(i+1)*p=0.2*13*(3.6+1)*12.7=151.8892120根据表1工作情况系数Ka ； 以及表2 排数系数Km故取齿数系数kZ=1. 1,采用单排链Km=1.0初定型号525，节距p=15. 875mm的单排链链轮分度圆直径d2与齿顶圆直径da2的计算最后设计的大链轮为47齿图为用UG

34、6.0设计的47齿大齿轮的三维实体模型，中间为减轻重量所设计的大量减重孔，需要用ANSYS分析受力情况，以保证实际使用过程中的强度要求。von mises等效应力分布图径向应力静力分析3.1.3 用ANSYS分析x方向应力_径向静力分析x方向位移 静力分析y方向位移静力分析z方向位移静力分析3.2差速器壳体与支撑架的设计3.2.1差速器的选取 LSD，是Limited Slip Differential的缩写，翻译为限滑差速器，作用上简单说就是一整套可以限制左右轮转速差的装置。但是要说明一下，在普通原装车上的这套装置一般都会称呼为差速器，而LSD多称呼在那些与原装差速器不同的，带有限滑设计的差

35、速器。 在正常的普通车上，其实都有差速器（Differential）这个装置，或者说是现代汽车传动系统的一个非常必要的部件，他的作用，就是当在汽车进行转向时，靠近外侧的轮胎自然会产生比内侧轮胎更快的转速，如果没有安装差速器，左右轮圈便会因为在同样的附着力下产生两种转速，车辆便无法正常完成转弯动作了。我作为赛车手有幸参加过一次在上海的培训，开过卡丁车，卡丁车（KART）上就没有安装任何的差速装置（卡丁车整车设计非常简单，引擎动力经过链条直接作用于唯一的一条传动轴上），一旦速度超过界限，驱动轮在后的车尾就会因为G-FORCE的作用而向外甩出，这就是甩尾了，在实际比赛中一定要尽量减少这种甩尾，以及要

36、减少漂移过弯，尽量保持车轮的抓地力保持车速。 正是因为在街道上行驶的普通汽车，甩尾或者漂移动作对于驾驶者或者行人都是非常危险的，于是差速器就成为了正常车的必然装备，只要一边的车轮出现空转，差速器便会将引擎输出的动力传动至另外一只车轮上，在空转的车轮仍维持空转，整体汽车便失去了正常行驶能力，所以我们经常在普通汽车维修厂看见工人只要将一个驱动轮离地，就可以在很方便的原地进行正常的行驶状态检查，因为此时离地的车轮在空转，而着地侧的车轮则完全没有动力了；在车辆进行过弯动作时，道理也是一样的，内侧车轮受到车体重量压迫和离心力（G-FORCE）的双重作用下，轮胎承受的负载减少，这时候差速器会将动力转移至外

37、测车轮，于是速度便会下降了。 作为改装部件的限滑差速器（LSD or Powerlock）的作用和结构与不同的原装差速器完全不同。或者又以实际道路使用为例吧，当驾驶一辆装有LSD的车，其中一只驱动轮发生空转时，LSD会作出限制两只车轮动力输出的动作，依此消除空转的车轮不会继续空转，而另一只车轮也可以保有足够大的动力帮助车辆前进；在过弯时，LSD装置同样会限制两个驱动轮因转速差别而产生的动力分配现象，但与普通差速器不同，LSD会将动力尽量转移到外侧车轮而非差速器般转移至内侧车轮，正时因为这个特征，LSD可以帮助驾驶者提高过弯的速度的同时，更可以通过油门的深浅来控制过弯时的车体姿态，以此加强了操控

38、性能。托森差速器 Torsen这个名字的由来取Torque-sensing Traction感觉扭矩牵引，Torsen的核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统，从Torsen差速器的结构视图中可以看到双蜗轮、蜗杆结构，正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能，这一特性限制了滑动。在在弯道正常行驶时，前、后差速器的作用是传统差速器，蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同，如车向左转时，右侧车轮比差速器快，而左侧速度低，左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。此时蜗轮蜗杆并没有锁止，因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。而当一侧车轮打滑时，蜗轮蜗杆组件发挥作用，通过托森差速器

39、或液压式多盘离合器，极为迅速地自动调整动力分配。托森差速器-结构图当车辆正常行驶的时候，差速器壳P转动，同时带动蜗杆3和4转动，此时3和4之间没有相对转动，于是红色的1轴和绿色的2轴以同一个速度旋转。而当一侧车轴遇到较大的阻力而另一侧车轴空转的时候，例如红色车轴遇到较大的阻力，则一开始它静止不动，而差速器壳还在旋转，于是带动蜗杆齿轮4沿着红色轴滚动，4滚动的同时又带动3旋转，但是3与绿色的车轴2有自锁的效果，所以3的转动并不能带动绿色车轴2转动，于是3停止转动，同时又使得4也停止转动，于是4只能随着差速器壳的转动带动红色车轴旋转，即将扭矩分配给了红色车轴，车辆脱困。最核心的装置就是中央扭矩感应

40、自锁式差速器，它可以根据行驶状态使动力输出在前后桥间以25：7575：25连续变化，而且反应十分迅速，几乎不存在滞后（扭矩感应自锁式差速器的特点在前面也详细分析过），而且有电子稳定程序的支持，更进一步提高了动力分配的主动性综上所述，结合我们的资金以及自身技术状况，我们决定差速器今年不变，还是选用托森21000。3.2.2差速器支撑架的设计所以差速器外壳可以不变，但是为了缩短整车长度，差速器壳体支撑需要重新设计。根据规则以及整车车架的设计，支撑架今年所设计如图。今年设计上主要为了使整车缩短，使赛车整体更为紧凑，差速器壳体支撑架从去年的等分三叉型到今年设计的不等分三叉型。对比图如下左图所示为201

41、2“兴冀号”所设计的差速器支撑架在车架上的装配图，由于设计为120度等分的三叉结构，所以所占空间较大，影响整车尺寸。右图为今年所设计的差速器支撑架，在保持原中心孔不变以及方便安装的前提下，尽可能的缩短了支撑架伸出车外的距离，尾部支撑杆也集成到此支撑架上，把尾部的叉设计向下，方便安装尾部支撑杆，使整车设计更为紧凑。为了满足整车轻量化的设计要求，我在中间还掏了减重的镂空孔，为了保证此支撑架在实际使用过程中的强度要求，我还用ANSYS进行了静态的受力分析。3.2.3 ANSYS受力分析用ANSYS进行受力分析y方向位移 静力分析x方向位移 静力分析z方向位移静力分析3.3气动换挡 使用气动换挡的原因

42、：电气化是赛车的一个发展趋势，回顾10年11年12年三届比赛，使用气动换挡的车队越来越多，已经得到了普及。 1.提高赛车操控性 2.减轻车手负担，使车手左脚刹车右脚油门，离合、换 它有这么几个优势： 档通过方向盘上的按钮（键）控制。 3.结构简单，容易实现 4.即使比赛时工作不正常，可以方便换成手动机械换挡3.3.1 实现原理： 电磁阀 气缸 换挡摇臂 压缩气体 减压阀 单片机 换挡信号 电磁阀 气缸 离合摇臂 电磁阀来完成电信号转换到气动执行机构 高压气瓶连接减压阀当车手需要换挡时，发动机转速表达到一定值后按动换挡开关，给出动作指令。电子控制单元(单片机）控制整个换挡过程（离合与换挡的配合）。该系统采用气缸活塞带动变速箱/离合器摇臂，取代了传统的机械连杆机构。气缸活塞的运动由电子控制单元控制电磁阀开关控