本田节能大赛节能车设计.docx

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1、常州机电职业技术学院毕业设计论文作者：何光亮学 号： 系部：车辆工程系专业：汽车电子技术题目：本田节能竞技大赛节能车设计校内指导教师： 企业指导教师评阅者：郑利锋吴翔2023 年 4 月毕业设计 论文 中文摘要随着近年来社会环境越来越差，污染越来越严峻。能源节约，环境保护问题也就经渐渐受到人们越来越多的关注。自然资源日渐削减尤其是石油资源这些都预示着当今的汽车发招必需以节能为主题。依据Honda中国节能竞技大赛的大赛规章，我们在满足大赛技术要求的根底上要对发动机底盘进展优化设计，要对整车进展轻量化设计，同时减小车辆行驶的阻力。这就需要对节能车的行驶系统、转向系统、动力系统等各系统以及车身、车架

2、、驾驶员作合理的设计选择。关键词：节能、轻量化、底盘名目第一章 绪论11.1 选题的背景及意义11.1.1 选题背景11.1.2 选题的意义及目的21.2 论文的主要争辩内容3其次章节能竞技车总体设计方案确定42.1 总体布置形式确实定42.1.1 前一轮后两轮42.1.2 前两轮后两轮52.1.3 前两轮后一轮52.2 车架的材料及构造方案62.3 驱动方案72.3.1 轴传动如图723.2 链传动82.3.3 同步带传动82.4 轮胎92.5 转向方案112.6 车身材料13第三章 节能车油耗分析争辩143.1 传动效率为常数时的节能车油耗分析143.2 影响燃油经济性的因素16第四章节能

3、车节能设计184.1 节能车车架节能设计184.2 关于车架材料的选择214.2.1 车架载荷工况确实定及受力分析214.2.2 车架载荷工况确实定214.3 车架的焊接工艺254.4 节能车车架制作254.5.1 大赛规章对发动机的要求264.5.2 发动机参数介绍264.5.3 发动机节能的理论264.5.4 节能技术的开发274.5.5 进气局部284.5.6 燃烧局部的节能技术294.5.7 保温对油耗的争辩294.5.8 技术的应用294.6 节能车车身的节能争辩制作304.6.1 节能车车身设计与制作304.6.2 车身外形设计304.6.3 车身制作31第五章节能车动力传动系统的

4、争辩325.1 离合器工作状态确实定325.2 带传动传动比确实定335.3 发动机档位选取及改造34第六章 节能车试制试验35第七章 总结367.1 总结367.2 展望36致 谢37参考文献38第一章 绪论1.1 选题的背景及意义1.1.1 选题背景本田节能竞技大赛是将参赛团队设计制作的汽车在规定时间、规定路线下, 行驶肯定距离,并由此换算出一升油能够行驶的公里数 ,耗油量少则胜出的一项赛事。其中要求参与竞赛的车辆均搭载由五羊本田供给的 125CC 化油器四冲程发动机。Honda 节能竞技大赛于 1981 年在日本创办,至今已有 35 年的历史。竞赛要求参赛车辆使用统一的 Honda 低油

5、耗汽油发动机,发动机以外的车架和车身等完全由各车队单独创作,每支参赛队带来的都是世界上独一无二的赛车。赛车在指定的赛道内跑完赛程,竞赛谁消耗的燃油最少。由于有着极高的乐趣性和广泛的参与性,在日本,每年都有来自初中、高中和大学等的学校代表队、企业代表队, 以及来自社会上的共约 500 支车队,创作出具有颖构思和创意的赛车参与竞赛。在迄今为止的 33 届竞赛中创下的最高记录为 3779.638km/L 相当于北京到重庆的直线来回距离还要多。同时,这项竞赛也渐渐向海外扩展,泰国、巴基斯坦、俄罗斯、韩国等的参赛者相继参与了日本的竞赛,上海同济大学也从 2023 年开头制作赛车去日本参赛。中国作为继日本

6、泰国之后的第三个举办地,于 2023 年在上海进展了试行大赛,2023 年 11 月 11 日,第 1 届 Honda 中国节能竞技大赛在上海国际赛车场圆满进展,2023 年 11 月 16 日,第 2 届 Honda 中国节能竞技大赛在上海国际赛车场成功举办。常州机电职业技术学院 2023 年首次参与到这项赛事中来,在 2023 年第7 届 Honda 中国节能竞技大赛中, 常州机电职业技术学院锋帆号跑出了81.551km/L 的成绩。Honda 节能竞技大赛的目的是通过竞赛提高社会的节能和环保意识,参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能,从中体会到节能的重要性。同时,竞赛也为参

7、赛者供给体验亲自制作赛车的乐趣的时机 ,提高实践力量。Honda 创始人本田宗一郎曾说：“节能竞技大赛的宗旨在于，让肩负着人类将来1的年轻人通过思考和实践来体会如何更有效地利用资源,如何把我们生存的这个星球更完好地传递给下一代。”节能、环保是 Honda 始终致力解决的重要课题之一。在产品领域,Honda 通过燃料电池、混合动力、生物乙醇弹性燃料、清洁柴油等先进的节能、环保型产品时刻走在行业的前列。在生产领域,Honda 在全球推行“绿色工厂”体系,制定单独的企业目标,努力降低产品生产环节的能源消耗和污染物以及温室气体 CO: 的排放。此外,Honda 还乐观开展植树造林等社会活动。节能竞技大

8、赛作为节能环保领域的社会活动之一今后将连续在中国举办 ,Honda 期望通过这项赛事,为社会节能、环保意识的提高做出奉献。1.1.2 选题的意义及目的自 2023 年起,中国超越了日本成为仅次于美国的世界其次大石油消耗国。2023 年,中国对进口石油的依靠增至年需求总量的 47%,2023 年中国的原油净进口量为 13884 万吨。而在 1990 年一 2023 年的 13 年里,中国汽车保有量年均增长率到达 12%,汽车燃油消耗在消耗中所占的比例日益增大。2023 年,中国每一辆汽车的年均耗油是 2.1 吨,中国进口的原油有 30%被汽车消耗,而这一比例在今后将升至 50%。从尾气排放方面,

9、汽车排出的废气已成为城市空气的首要污染源。据国家环保总局测算,2023 年中国汽车排放污染在城市大气污染中所占比例高达 79%。因此,汽车既是耗油大户,又是排放废气的大户,抓好了汽车的节能减排,就是抓住了重点。汽车节能减排的重要性不言而喻,考虑到当前我国的汽车节能技术进展的实际状况,除了要乐观推动以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的能源汽车技术的进展外,另一个推动汽车节能减排工作的措施就是大力争辩开发适合我国现阶段汽车行业技术现状 ,并适合大量在用汽车的高性能节能产品。节能竞技赛车与一般汽车的构造布局相像,由发动机、底盘和车身三大局部组成。发动机的改造无疑是各赛车队攻关的重点,也

10、是节能减排技术进展的主导性方向;底盘的设计关键在于减小摩擦损失和提高机械传动的效率 ;车身设计的重点在于外形美观、轻重量和较低的空气阻力系数。本田节能竞技大赛适时迎合了时代提高社会节能和环保意识的要求,激发各2参赛车队通过各项独创技术不断挖掘一升汽油的无限潜能,使其从中体会到节能重要性的同时,提高参赛者的思考和实践力量,更为将来汽车节能方面的实际应用带来了无限的可能。本文选题的目的就是在本田节能竞技大赛的背景与第七届参赛节能竞技车的根底下,研发一款节能竞技车。1.2 论文的主要争辩内容1. 确定所研发节能竞技车的总体设计方案；2. 节能竞技车转向机构的改进设计与制作；3. 依据设计方案进展了节

11、能竞技车辆的实际制作；4. 通过实车试验确定合理的节能竞技车驾驶方案。3其次章节能竞技车总体设计方案确定2.1 总体布置形式确实定在节能竞技车总体布置形式确实定中应当充分考虑到节能竞技车制作的简易性、行驶稳定性和行驶阻力的大小。依据节能竞技大赛的竞赛规章,参赛车辆的车轮必需为 3 轮以上(包括 3 轮),并且要求其构造必需满足无论在竞技车辆停顿时还是行驶时都能自行站立的条件 ,这样便有以下几种总体布置方案以供选择:2.1.1 前一轮后两轮这种布置形式类似于在日常生活中见到的三轮车 ,在设计制作过程中,可以利用现成的自行车部件加以改装来实现,从而减低了制作难度,节约了制作时间, 而且驾驶构造也比

12、较简洁。但是这种方案的行驶稳定性较差,尤其是转向行驶稳定性不好,在车速较快时转向简洁翻车,这将大大降低节能竞技车的行驶安全性。考虑到节能竞技大赛必需由一名车手驾驶进展竞赛,而且由于竞赛规章中对行驶速度有肯定明确要求(平均时速不得低于 25km/h),因此放弃该方案。前一轮后两轮的具体布置形式如图 2.1 所示。图 2.1 前一轮后两轮的布置形式42.1.2 前两轮后两轮此种布置形式与生活中常见的四轮轿车相像,其优点为有较好的行驶稳定性, 但是在以节能为主要目的的竞技大赛中,这种布置方案的缺点却很多。首先,由于其四轮着地,相比三轮车来说接地面积大,这无疑就提高了车辆在行驶过程中的 行驶阻力，前两

13、轮后两轮具体布置形式如图 2.2 所示。图 2.2 前两轮后两轮的布置形式2.1.3 前两轮后一轮这种布置行驶在以往的节能竞技大赛中应用最为广泛，其优点为在保证较小的行驶阻力的前提条件下，能够很好的保证行驶的稳定性，从而提高了节能车的安全性。图 2.3 前两轮后一轮的布置形式综合上述几种构造的优缺点，在节能为主的前提条件下，又要同时保证良好的操稳性和行驶安全性，因此，确定节能竞技车的车轮布置形式为前两轮后一轮5的布置形式。2.2 车架的材料及构造方案节能车大赛的规章中对车架有明确的要求，参赛车辆必需为三轮以上包括三轮，要求其构造无论在停顿时还是在行驶时都为三轮以上包括三轮构造且能自行站立，车手

14、的身体不能超出车架等等。因此在车架的设计制造上的要求只涉及到安全方面，可以放手去做，在车架的制造阶段最终要的是构造力学，用最少的材料制造出符合要求的车架，长、宽、高必需在规定的尺寸内尽量满足， 还要对车手的安全性有保障。为了满足车架轻量化的要求，首先是材料选择其次是构造设计。依据车轮的布置方式车架主要有以下几种构造。1） 钢管梯形车架。图 2.4 钢管梯形构造2） 铝制梯形车架。图 2.6 铝制6 梯形车架3） 高级材料无骨架构造车架，如图 2.7图 2.7 高级材料无骨架构造车架在制作过程中，综合考虑到材料的强度要求，制作方案的可操作性，制作本钱以及制作周期等多方面因素，最终打算选取铝制梯形

15、构造车架作为本次设计车辆的车架方案。其优点主要为：1） 铝制材料这里主要选取铝合金，其质量较钢材较轻，而且在设计合理的前提条件下能让车架保持足够的强度。2） 铝制材料加工便利，材料的结合可以通过铝焊或者铆接等方法来实现。3） 铝制材料价格廉价，与碳纤维等一些高级材料相比虽然在强度和重量方面具有肯定的差距，但在价格方面却无疑有着明显的优势，从而降低了车辆的制作本钱。2.3 驱动方案节能大赛使用的是五羊本田供给的 125ml 单缸四冲程汽油机。该机最大功率 6.6kw，最低燃油消耗率 367g/千瓦时。压缩比 9.0：1，承受电启动、化油器供油、两气门、链条正时，润滑方式为曲轴飞溅式。传动方式主要

16、有以下几种：2.3.1 轴传动如图轴传动是利用发动机输出轴直接连接后轮轴，该方式传动效率高，但使整车的重心偏离了车体中心线，降低了稳定性。7图 2.8 轴传动23.2 链传动链传动与摩托车本身的传动方式一样，效率比较高，但节能大赛对发动机不要求输出那么大的扭矩，且为了削减发动机的重量对其进展了切除，转变了原有的机械式离合器，故启动时链传动冲击力比较大，对后轴传动部件有很大的冲击力。防止脱链要保重很高的啮合度。增加了加工难度。图 2.9 链条传动2.3.3 同步带传动相比而言，同步带可以缓和冲击，吸取震惊，且传动效率也比较高。8图 2.10 同步带传动综合以上传动方式: 同步带传动具有带传动、链

17、传动和齿轮传动的优点。同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮之间无相对滑动， 能保证准确的传动比。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体，氯丁橡胶或聚氨酯为基体，这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速度可达50m/s，传动比可达 10，效率可达 98%。传动噪声比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。鉴于上述同步带优点，我校“锋帆”车队打算承受同步带传动。2.4 轮胎在石油资源日益枯竭、全球石油贮存量急剧下降的背景下,我国汽车保有量却以平均每年 12.07%的速度增加,我国对燃油的消费需求以惊人的快速度增长, 有很大一局部依靠进口。一方面,

18、我国汽车节油技术的应用有限,燃油的使用效率普遍不高,汽车百公里耗油约比兴旺国家高 20%1;另一方面,机动车排放污染己经成为我国污染物的主要来源之一。因此,汽车节油和环保问题日益突出,面对有限的石油资源和国家能源战略遇到的威逼与挑战,汽车节能与环保技术已成为汽车技术领域的研发热点。随着近几年国家节能减排工作的不断深化,汽车节能减排已经成为社会各界的共识,也正在成为社会全体成员的共同目标。在设计过程中，轮胎的选取也是格外重要的环节。轮胎不但影响着车辆在行驶中的滚动阻力，还影响着车辆在行驶中稳定性，因此在选取过程中要留意行驶阻力和行驶稳定性的均衡。以往竞赛中，轮胎的种类根本分为一下几种。9120

19、英寸节能车专用轮，如图 2.11。图 2.11 20 英寸节能车专用轮胎220 英寸自行车专用胎，如图 2.14，图中承受的轮胎尺寸为 201.75 英寸，在承受自行车轮胎是要留意的一点为自行车在行驶过程中车轮和车轴是不受侧向力作用的，但是在节能车的构造形式中，车轮和车轴是要受到侧向力作用的。因此所选的车轮的车轴必需要有足够的强度。图 2.12 20 英寸自行车专用胎320 寸电动自行车专用胎如图 2.1320 寸电动自行车专用胎10电动车专用胎在行驶过程中车轴能够受到的侧向力比较大，而且这种车轮比较利于布置刹车系统，但是电动车专用胎的花纹行驶阻力太大且车轮太重不适合竞赛用，故我校赛车在制作过

20、程中放弃了该方案。412 英寸轮胎，如图 2.14，选取直径较小的轮胎可以在肯定程度上减小空气阻力。图 2.14 12 英寸轮胎综合考虑以上几种轮胎形式，最终承受 20 英寸的自行车专用胎。考虑到降低滚动阻力的同时保证足够的附着系数，前两轮承受 20 英寸轮胎尺寸为 201.35 英寸，后轮则承受 201.85 英寸尺寸的自行车胎。三个轮胎均使用高气压轮胎，目的在于减小接地面积。后轮承受较宽的车胎其主要缘由为驱动方案定为后轮驱动，保证猎取足够的驱动力。2.5 转向方案考虑到车辆的构造形式，并结合所设计车辆为特定竞赛车辆的特别性，以及比场地的因素，常见的节能车转向方法如下：（1） 中心支撑式，如

21、图 2.15。这种形式构造简洁，车架也可以设置得较低。但是，要使左右车轮完全平行进展的定位调整很难，在小转弯时车轴会发生很大的移动，必需保证有充分的空间不会遇到车身、车架。还需要安装制动器，以防脱开把手发生过大的转向。11图 2.15 中心支撑式（2） 阿卡曼式，即梯形构造，如图 2.16。这种构造的构造比较简单，但与前轮定位的调整较轻松，即使大幅度转方向盘，车轮也不会大幅度前后移动。图中为活塞杆转向构造，其中转向臂的角度应保证前轮胎中心与后轮胎中心连接成线，如图 2.17。图 2.16 阿卡曼式构造图 2.17 阿卡曼式构造图12考虑到转向的便利性以及驾驶员在小半径弯道下有足够的驾驶空间，2

22、023 我校锋帆车队照旧承受梯形转向方式如图 2.16 所示。2.6 车身材料纵观往届大赛，在提倡节能环保的大前提下，车身可谓形式各样，有竹子车身、布车身、纸质车身、玻璃钢材料车身、碳纤维车身、铝制车身等，如图 2.18。图 2.18 各种材料的车身考虑到车身材料对于空气阻力的影响，和经费的问题 2023 我校“锋帆”车队经过探讨打算承受车身全包的铝车身构造。13第三章 节能车油耗分析争辩节能赛车的竞赛除了要自主的设计及制作节能车以外，还需要考虑各种因素对竞赛成绩油耗的影响。由于落实到根本上还是为了通过这个竞赛呈现各个学校学生的综合力量及学生的综合素养，但是从本质看、还得用实际结果证明一切，还

23、需要用理论分析来考量节能赛车的各个影响因素。从而有针对性地进展争辩分析，得到更为合理的布局及整车的配置。3.1 传动效率为常数时的节能车油耗分析车辆运行的能量来源是由消耗石油做功求得的，它是行驶阻力与驶过位移的乘积，并需要考虑到总的机械效率。下面将要计算带有内燃机的汽车燃油消耗。为了突出本质，我们做简化分析争辩，假定在整个特性场内发动机和特性转换装置的效率是常数。先考虑匀速行驶的状况，再考虑变速行驶的状况。 驱动轮上的功 WR 是由功率 PR 在时间间隔 T 内的积分求得3.1由于单轴驱动时候，假设假定 r / R1，即无视了驱动滑的状况，静止空气中的速度 v，牵引力 z ，则有3.2假设低热

24、值的单位取为 J /l ，内燃机平均效率为发动机飞轮到车轮的平均效率即整个特性转换装置的效率为燃料消耗量 B 单位为 l之间的关系式为；则功 WR单位为 J 和3.3驱动的根本方程3.4其中 FR 滚动阻力，空气阻力 F L，FSt 上坡阻力，FB 加速阻力把式3.1 到3.3联立，并把燃料消耗量B 被驶过的路程 L 除，则可求得燃料消耗常用单位为 l /100km为143.5先考虑匀速行驶，有 v= L /T 一个简洁关系式子=常数， v=0，FB=0 加速阻力 。可得到3.6这就说明，只要发动机和特性转换装置的效率高，而同时滚动阻力，空气阻力和上坡阻力小，那么然后消耗是很低的，阻力低就意味

25、着车重 G ，轮胎滚动阻力系数要求。，空气阻力系数以及横截面积 A 都应当小。只是最重要的一些在非匀速行驶时，由式 3.5，考虑到加速和减速，平路行驶的关系式为3.7把积分式开放：3.8第一个积分等于平均行驶速 乘以时间 T 。其次个积分， 假设有v(t=0)=v(t=T)，而且减速时能量能完全回储，那么应当为零。第三个积分可以改写，取3.9假定对成对称分布，则有，而有3.10式中为可得到标准差，为方差，把它带入速度表达式。这样由式3.7153.11可见，尽管在制动时能量回储，但由于空气阻力和速度的关系是非线性的， 但是速度的变化越大，燃料消耗增加就会越多。由于竞赛过程中的比的是节能，所以说设

26、计上都是比较轻松的构造，参加回储藏设备势必增加整车重量并且使赛车构造变得更为简单。为了简化分析，这里不考虑能量回储藏对油耗的影响即假定减速是能量完全回储。3.2 影响燃油经济性的因素从上面的分析结果可以看出来，主要有三组因素影响汽车燃油消耗：发动机、传动系统和外部阻力因素。其中，发动机是最大的影响要素，但赛车所用发动机由赛事主办方给定，因而本文主要争辩的是影响油耗的外部因素。（1） 发动机发动机对燃油经济性的影响因素主要有压缩比、燃油供给、功率利用率等。发动机中的热损失与机械损耗占燃油化学能中的 65%左右，明显，发动机是对汽车燃油经济性最有影响的部。（2） 传动系汽车传动系对燃油消耗的影响，

27、取决于传动效率、变速器档数与传动比。传动效率越高，则损失于传动系的能量愈少，因而燃油经济性也愈好，变速器的档位与传动比对燃油经济性也有影响。随着变速器档位的增加，增加了选用适宜档位使发动机处于经济工作状况的时机，从而保证汽车的经济性愈好。（3） 外部阻力因素1整车质量汽车总质量为整备质量与装载质量之和，整备质量为汽车经整备后再完备状态下的自身质量，即指汽车在加满燃料、润滑油、工作油液如制动液等及发动机冷却液并装备随车工具及备胎等齐全后但未载人、载货时的总质量。装载质量为最大货运质量与最大客运质量之和。汽车总质量影响到汽车的滚动阻 力、坡度阻力、惯性阻力和加速阻力，因此对汽车的燃油经济性影响最大

28、。因此， 在汽车上广泛承受轻质材料，减轻汽车自重，是提高汽车燃油经济性的一个重要16方向。2） 气阻力汽车的外观主要有在高速行驶时的影响力上的燃油经济性，空气阻力，因此， 流线型的车身，降低了空气阻力系数，可以提高燃油经济性。为抑制空气阻力而消耗的发动机功率与汽车行驶速度的立方成正比，汽车速度不高时，空气阻力对汽车的燃油消耗影响不大，因此在城区，由于行驶车速低， 对油耗影响较小。但是，当超过 50 公里每小时的速度，空气阻力对车辆的燃料经济性的影响渐渐削减，那么削减空气阻力主要是通过汽车的空气阻力系数来实现，汽车制造厂通过正常的风洞试验争辩使汽车外形接近最优化。3） 动阻力国外的试验争辩说明：

29、 当滚动阻力减小 1N 时， 燃油消耗量削减0.01L/100km，或估算为 f 每削减 10 时，可节约燃油达 0.6%1.2%。 参照上述的分析资料。在设计赛车的过程中：由于发动机构特征对简单，故使用撤除减重能减轻的重量有限；由于竞赛中的发动机撤除了变速箱，承受直接传动，因此传动系统不做深刻争辩，那么节能赛车的节油性关键点就集中在了三个外部阻力因素上。在节能车的设计中，假设不考虑发动机及车手的重量的话，影响质量最主要的因素便是车架了；对于滚动阻力，在车速不高的状况下，影响其最大的因素是其整车质量。那么将三个外部因素集中起来考虑的话，节能车的节油特性争辩的重点主要就放在了车架轻量化及降低空气

30、阻力这两个方面的。17第四章节能车节能设计4.1 节能车车架节能设计首先从构造上讲，到三轮构造省却了后轮悬挂系统，节约了连杆，减震器， 后车架等等的构造质量，减轻了车重，再者四轮构造外加车体为中置后驱，对于动力传输而言，省略了差速器，传动半轴等部件的质量和对动力的损耗，外加节能赛车对于动力，操控无太多要求，大都承受自行车的多速后拨式变速器，从而最大限度的降低传动系统对于动了的损耗。固然，三个轮子的，在轮胎规格全都的状况下，滚动阻力肯定比四轮的要小。从空气动力学上看，四轮构造所造就的投影展舷比是典型的高阻力翼型，远不如三轮构造造就的水滴形来的合理。4.1.1 车架设计条件（1） 大赛对车架设计规

31、章参赛车辆必需为 3 轮以上包括 3 轮，要求其构造无论在停顿还是行驶时都为 3 轮以上包括 3 轮构造且能自行站立。图 4.1 示意图l 全高 1.8m 以下l 轴距 1.0m 以下l 全长 3.5m 以下l 轮距 0.5m 以下l 全宽 2.5m 以下l 管不能超出车身后面以及侧面 10cm 以上。18刹车装配线等构造需要从车内穿过，以免与地面接触造成摩擦。（2） 关于安全性为提高安全性，车架必需具有肯定的强度，能够将车辆其他部件结实的安装在合理的位置。为了降低节能车的整备质量，车架在保证强度、刚度的前提下要尽量轻量化。考虑到竞赛路面平坦度很好，运行速度平稳，从而省去了悬架局部。依据各局部

32、尺寸要求，得出节能车整车参数根本如表 4.1。工程表 4.1节能车整车参数参数总长 总宽 总高 轴距 前轮距最小离地间隙整备质量2345mm 700mm 480mm 2530mm 672mm 57.5mm55kg依据参赛车辆布局，将车架分为三大主要局部：驾驶舱、发动机舱、传动舱。依据车手驾驶空间、改造后发动机根本尺寸、传动系尺寸得出车架的根本参数如表 3.2 所示。工程长 mm表 3.2车架三舱尺寸宽 mm前高 mm后高 mm驾驶舱1035400230320发动机舱300310370350传动舱570250350335194.1.2 车架的概念设计图 4.2 车架概念图在车架整体构造设计之初，

33、首先要进展的是概念设计。之前对车架已经有了一个空间的布局。接下来就是一个整体的把握，特别是对整体的一个造型设计， 此时可以是简洁的手绘或者草图，勾画出车架的概念图。车架的单元，即车架的横截面外形，这个外形影响到车架的刚度，强度等要求，同时也对车架的总质量有着很大的影响，直接制约着车架的轻量化要求。参照往届参赛车辆，初步制定的是车架的底面梁的横截面是 30*50mm，厚 2mm的回字形框架，竖起梁为 25*25mm 厚 2mm 的回字形框架。设计构造工程图如图 4.2 所示图 4.3 车架构造工程图考虑到转向直销后倾为了保证轮子的自动回正力量，在设计安装前轮的两个直臂时，将其与车架下面横梁法线方

34、向倾斜，这样在安装车轮后确保了主销的后20倾角，将安装转向把手的中间直臂向前倾斜，降低高度，从而到达降低车身高度， 到达降低整车高度的设计要求。4.2 关于车架材料的选择4.2.1 车架载荷工况确实定及受力分析节能竞技车车架是主要的承载部件，在工作中不仅要支承节能竞技车上各部件如车身自重、蓄电瓶和驾驶员的重量等静态载荷，还要承受发动机工作时的动载荷以及地面通过减震装置传来的支反力、张紧缓冲力等的作用，在加速牵引和制动时，还要受到惯性力的作用，可见车架在保证节能竞技车整机使用牢靠性方面起着格外重要的作用。4.2.2 车架载荷工况确实定由于节能竞技车为竞技车辆的特别性，路况单一且路面质量良好，因此

35、在分析过程中无视动载工况，仅对静载工况进展肯定的刚度分析。 实车静载即车架承受由车架自身质量和外加质量产生的载荷，外加质量包括乘车人员和底盘各总成及能蓄电池等质量。由于驾驶员以半躺的形式驾驶车辆，如图4.3，而且座椅靠背与车架连接可近似看作是点接触，故发动机以及驾驶员一局部重量在座椅支撑点处以集中载荷的形式加到车架上。蓄电池及驾驶员另一局部重量则以均部载荷的形式加到车架的前半局部。图 4.4 驾驶姿势示意214.3 各种材料的分析（1） 钢材：应用广泛、品种繁多，依据断面外形的不同，钢材一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类。大局部钢材加工都是通过压力加工，使被加工的钢产生塑性变形。汽车中大

36、量使用这种材料，钢材简洁获得，而且加工简洁， 但是钢材太重不太适合节能大赛，所以很少有队伍使用。图 4.5 钢方管（2） 铝型材： 铝型材目前在汽车中还没有运用，属于铝合金材料，这种材料最大的特点就是可以不用焊接就可以把各种材料连接起来，总体看起来美观， 而且还免去了焊接，但是这种连接刚性缺乏不能满足车身刚度要求。我校锋帆车队上一届使用的就是这种材料。图 4.6 铝型材（3） 碳纤维：可软可硬的碳纤维既然是纤维织物材料，所以碳纤维可以被22纺织成碳纤维布来从线变成面，同时保持着超轻、松软、耐拉的特性。图 4.7 软的碳纤维材料从纸般松软到钢铁般强硬的质变过程，通过在模具中按纤维方向穿插叠放碳纤

37、维布，利用环氧树脂粘接剂将多层切割好的碳纤维布逐层站在一起，这一过程需要用 5 到 10 层甚至更多蹭薄如蝉翼的碳纤维布，粘合成加厚版碳纤维布。这时它的柔韧性已经格外的差，几乎跟刚性材料差不多。其原理就如同将一页纸完全粘贴成一叠厚厚的纸堆，纸堆就会变得结实。之后再采利用高温高压烤箱来使粘合后的体积进一步压缩、强化，最终出炉的将是组件的成品毛坯，进过去毛边、打磨、抛光等工序，亮闪闪的车身组件就加工好了。这一过程看似简洁，但是其中碳纤维布的本钱以及工序本钱，仍旧使这一工艺无法大规模应用，所生产的产品也是特别昂贵。如今碳纤维材料加工难度已经大大减小大赛很多车队都使用了碳纤维材料。我校锋帆车队就使用了

38、这种材料。（4） 钛合金：钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用在汽车工业中，应用钛合金最多的是汽车发动机系统。利用钛合金制造发动机零件有很多好处。钛合金的密度低，可以降低运动零件的惯性质量，同时钛气门弹簧可以增加自由振动，减弱车身的振颤，提高发动机的转速及输出功率。减小运动零件的惯性质量，从而使摩擦力减小，提高发动机的燃油效率。选择钛合金可以减轻相关零件的负载应力，缩小零件的尺寸，从而使发动机及整车的质量减轻。零部件惯性质量的降低，使得振动和噪声减弱，改善发动机的性能。钛合金在其他部件上的应用可提高人员的舒适度和汽车的美观等。在汽车工业上23的应用，钛合金在节能降耗方面起

39、到了不行估量的作用。钛合金零部件尽管具有如此优越的性能，但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离，缘由包括价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题。正以为这种缘由所以只有少局部车队使用这种材料。我校锋帆车队在转向系统中就使用了这种材料。图 4.8 钛合金（5） 铝合金方管：这种材料在生活中大量的使用，随处可见，铝合金材料加工简洁且价格廉价，强度高，质量轻，但是整体抗弯性不强。图 4.9 铝合金方管（6） 纯铝方管：该种材料质量轻，强度适中，价格适中，在节能车大赛中使用最广的一种材料，最大的缺点就是焊接困难，需要肯定的技术。24我校锋帆车队经过争辩和试验打算使用纯铝方管作为车架的主体材料，

40、钛合金，碳纤维等材料少量使用。图 4.10 纯铝方管4.3 车架的焊接工艺铝合金较不锈钢有较高的焊接要求，其焊接有几大难点：铝合金焊接接头软化严峻，强度系数低，这也是阻碍铝合金焊接的最大阻碍；铝合金外表易产生难容的氧化膜，需要承受大功率密度的焊接工艺；铝合金焊接简洁产生气孔；铝合金焊接易产生热裂纹，易变性。因此铝合金焊接要求承受能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法，主要方法：首先，确定焊接方法，一般承受惰性气体保护焊，如钨极氩弧焊TIG)或熔化极氩弧焊MIG。其次确定焊接材料，焊丝一般承受与母材成分一样的焊丝。再次还要确定是否承受特别方法处理。4.4 节能车车架制作通过强度校核和

41、模态分析可以得出所设计的铝合金管材的节能竞技车车架根本符合强度要求，因此按设计方案通过铝焊的方法对车架进展加工制作。最终成品如图 4.8 所示。25图4.11 成品图4.5 节能车发动机的节能改进4.5.1 大赛规章对发动机的要求大赛供给的是本田 125 弯梁车四冲程柱塞式化油器发动机，除了汽缸盖、曲轴箱、曲轴必需在下发发动机根底上修改，其它的改造可以自行打算，但改造后排气量不得超过 125CC，并且要求改造后的发动机不能有任何润滑油的泄漏。4.5.2 发动机参数介绍本次大赛供给的发动机型号：WH152FMI；发动机型式：风冷、单缸、四冲程； 气 缸 工 作 容 积 124.8ml ； 压 缩

42、 比 9.0:1 ； 标 定 功 率 及 对 应 转 速 ： 5.9/7000KW/(r/min)；最大功率及对应转速 6.6/7500KW/(r/min)；最大扭矩及对应转速 9.68/4000KW/(r/min)；最低燃油消耗 367g/(kw.h)；起动方式：电动起、脚踏启动；点火方式：CDI 电容二极管点火。4.5.3 发动机节能的理论（1） 发动机节能的指标发动机到底节不节能，最终看的是发动机的油耗，即燃油经济性，而衡量燃油经济性的依据就是单位油耗下车辆的行驶路程，因此，大赛的评定标准就是参赛车辆在规定时间内行驶肯定预先设定好的路程，测量油耗，计算出单位油耗下的行驶距离，单位是 KM/L，因此，这个数值越大，说明燃油经济性越好，成绩越好。（2） 节能技术的进展方向26由大赛官方给定的数据，节能车的最正确行驶平均速度在 25KM/H 左右，处于 低负荷的工况，我们可从对发动机油耗有影