大学生方程式赛车电池箱连接件的设计
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1 引言
中国大学生电动方程式汽车大赛（FSEC） 是中国大学生方程式汽车大赛（FSC）油（车）电（车）分离后的大赛[1]，要求产赛成员按照赛事规则和赛车制造标准，在规定时间内自行设计和制造出一辆操控性能、加速性能、制动性能等方面具有优异表现的电动能源方程式赛车，并且能够成功完成全部赛事环节的比赛；现在FSEC 赛事正朝着更快，更轻，更稳定的方向迅速发展。
由于在赛车在赛场上高速运行为避免赛车在比赛时因高速运行时赛车结构的不稳定性对驾驶员的安全造成隐患对成绩造成影响因此现在对赛车的整体强度要求越来越高，而各部分连接件的强度和刚度对赛车的整体强度起到决定作用，在这里主要对赛车的电池箱与车架的连接件--电池箱连接件提出设计。
2 电池箱参数
在设计电池箱连接件时首先了解电池箱的参数根据电池箱的尺寸质量等信息做参考列出综合设计，以下表格我校电动方程式赛车动力蓄电池主要参数。
电池箱是按照规则的要求做出一个实现下属要求的电池箱结构[2]：
a.在纵向（前后方向）可以承受40g。
b.在侧向（左右方向）可以承受40g。
大学生方程式赛车电池箱连接件的设计
张成浩 任峰
长春师范大学 工程学院 车辆工程系 吉林省长春市 130032
摘 要： 根据大学生方程式赛车比赛规则对电池箱连接件强度的要求，提出了赛车电池箱连接件的设计，首先运用
CATIA 完成电池箱连接件的三维零件图和装配图然后运用ANSYS 有限元分析连接件的受力情况得到连接件的受力图，通过计算分析受力图是否满足比赛规则所要求。
通过实车实验验证了该连接件具有良好的连接性，满足固定电池箱的受力要求。
关键词：大学生方程式赛车；电池箱连接件；ANSYS 分析；CATIA
c.在垂直方向（上下方向）可以承受 20g。
电池单体或隔离分区的电池组必须被适当保护以防止内部箱体的松动。
（SES 或者 SRCF 中必须 包括相关的计算和测试）。
如果紧固件是被用来紧固电池组，那么紧固件必须达到8.8级6mm 或以上标准。
电池组固定系统的设计必须满足以下关于加速度的要求[3]：
在纵向（前后方向）可以承受40g。
b.在侧向（左右方向）可以承受40g。
c.在垂直方向（上下方向）可以承受 20g。
电池箱与车体主结构之间的固定支架必须使用1.6mm（0.063inch）厚的铁或者 4mm（0.157inch）厚的铝。
支架上必须含有角板以承受弯曲载荷。
电池箱固定支架或者单体壳车体底盘支架或者电池箱本身必须满
足以下要求：
电池箱连接件（包括：层压板、固定板、支撑板以及内部嵌入物）在任何方向都必须能够承受20KN 的力[4]。
b.从外层层压板冲压强度测试以及三点弯曲测试中获得的数据必须被用来证明电池箱可以提供足够的强度。
c.每一个附着点需要用至少2mm 厚的铁制支撑板。
可以使用（符合equivalency 要求）
的等价代替材料。
由不同厚度（至少3mm）
的铝板通过焊接、紧固件连接而成。
表1 动力蓄电池的主要参数
图1 电池箱外形
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3 电池箱连接件的绘制与分析
根据规则第6章第5节15条所说电池箱与车体主结构之间的固定支架必须使用至少 1.6mm 厚的钢或4mm 厚的铝[4]。
支架上必须有角板以承受弯曲载荷。
每个连接处（包括支撑板，固定板及内部嵌入物）在任何方向都必须能够承受20kN 的力。
下连接件是由厚度为8mm 长度为60mm 宽度为32mm 的钢板中间钻一个直径为8mm 孔，满足其边距比例e/D 大于1.5。
D 为孔直径，e 为孔的中心线到最近的自由边缘的距离，如下图所示
上连接件是由厚度为6mmd 的V 型钢板中间钻8mmd 孔制成，边距比例e/D 大于1.5，如下图所示：
图2 连接件三维图
上连接件与车架焊接在一起，下连接件与电池箱焊接一起，俩连接件通过公制8.8级的φ8的螺栓相连接，从而实现把电池箱和方程式赛车车架固定的目的。
考虑到连接件长度、电池箱质量和体积和连接件受力、定位以及装配关系等因素来设定连接件的尺寸。
对零件进行合理的选择材料和部分的镂空处理，以求达到轻量化的设计目标。
对于赛车在急加速、静止状态下，要计算出连接件的受力，将连接件模型导入到ANSYS 有限元分析中。
强度校核图如图3、图4、图5：
则最大应力为957.09MPa 最大应变为0.0045829因此设计符合要求。
4 车内安置
电池箱位于赛车后部，前面有防火墙隔开，外部有车架和车壳保护。
图6 电池安放位置图
电池箱由左右共 6 个耳件固定在车架上。
每个耳件上有1个 8.8 级 M8 螺栓。
耳件本身焊接 在车架钢管上经测试可以承受上下、前后、左右方向 20g、40g、40g 的加速度。
图7 电池箱固定图
大赛规则要求电池箱必须可拆卸，本链接件通过螺栓使电池箱和赛车车架固定当拆卸螺栓后可使上下连接件分离，使电池箱与车架分离，这时把电池箱轻轻往下放可使电池箱从赛车车架上拆卸下来。
5 实车验证
基于上述设计对实车进行验证，由车手
进行实车验证，本车的跑动视频十分具有说服性，经过实车多次行驶在行驶过程中电池固定稳定并未出现不妥，或者不安全的现象，行驶结束后连接件无不良变形因此这是一次成功的验证。
6 结语
通过对电池箱质量尺寸等参数和车架参
数的综合考虑下，在CATIA 完成对连接件的零件绘制通过CATIA 再把连接件在整车上进行装配，查看尺寸是否得当，安装位置是否
无误后，然后通过ANSYS 有限元对连接件进行强度和刚度进行分析，分析连接件所用的材料是否满足要求，得到所需要材料。
后按照设计制造出实物然后在实际测试中不断
改良。
参考文献：
[1]贺绍华，阳林，廖世豪等.FSAE 赛车制动系统设计[J].农业装备与车辆工程，2012.50（12）：34-38.
[2]余志生.汽车理论.第5版[M].机械工业出版社.2009.
[3]詹超.FSC 赛车制动系统优化仿真与可靠性分析[D].中北大学.2018.
[4] 王超，周岳斌.大学生方程式赛车制动系统设计与优化[J].2016.
图3 ANSYS分析图
图4 ANSYS分析图
图5 下连接件ANSYS分析图。
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毕业设计〔论文〕-大学生方程式混合动力电动赛车设计〔含全套CAD图纸〕毕业设计〔论文〕题目大学生方程式混合动力电动赛车设计2013年 5 月30 日大学生方程式混合动力电动赛车设计摘要本次毕业设计，我进行了大学生方程式混合动力电动赛车的总体设计。
在设计中，主要运用了比照分析的方法，各项参数通过优化设计和UG、MATLAB等进行优化。
我根据2021年大学生方程式汽车大赛规那么确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定混合动力电动赛车主要参数。
通过计算与比照，确定发动机型号和电动机型号,并确定其混合形式——并联式。
初选传动系最大传动比、最小传动比。
我设计中使用三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干预分析。
利用发动机动力特性曲线和电动机动力特性曲线特点，用MATLAB软件绘制出混合动力电动赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算混合动力电动赛车的燃油经济性。
利用进行导出混合动力电动赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将纯发动机赛车与此次混合动力电动赛车进行比照分析。
通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，并且使我认识到混合动力汽车的开展前景。
稳固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的根底。
关键词：混合动力电动赛车，参数确定，总布置，动力性，经济性FORMULA STUDENT HYBRID RACING DESIGNABSTRACTMy graduation design is the overall design of the formula hybird racing. I used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc.equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.The intermediate stage, we design UG8.0 3d software used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and detailed calculation racing fuel economy.The final stages UG8.0 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the first generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of may change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability after my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.KEY WORDS: hybrid racing, parameter identification，generalarrangement, the car power, econom符号说明m a 汽车总质量kgV 最高车速km/hL 轴距 mmB1 前轮距 mmB2 后轮距 mmR 最小转弯半径mmhg 满载时质心高度mmhgˊ空载时质心高度mmD 轮胎直径mmB 轮胎宽度mmP 轮胎气压MPA 汽车迎风面积F 滚动阻力系数C空气阻力系数Do i驱动桥主减速比变速器传动比g iF汽车行驶使的空气阻力wi变速器Ⅰ挡传动比1gF车轮与路面的附着力ϕm汽车总质量au汽车行驶速度aT发动机转矩ef P为克服滚动阻力所消耗的功率ϕ轮胎与路面的附着系数η传动系效率tQ是百公里油耗s目录第一章大学生方程式混合动力电动赛车总体概况 (1)§1.1 混合动力汽车开展现状 (1)电动赛车开展现状 (2)§1.3 大学生方程式混合动力电动赛车电动总体设计概述 .. 3 §1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程 (3)§1.3.2 大学生方程式混合动力电动赛车主要技术要求 (4)§1.3.3 本次混合动力电动赛车动力性设计目标 (4)§1.3.4 大学生方程式混合动力电动赛车工程意义 (5)第二章大学生方程式混合动力电动赛车总体设计 (6)§2.1 总体设计目标 (6)§2.2 赛车目标参数的初步确定 (7)§2.2.1 发动动机的选择 (8)§2.2.2 电动机的选择 (9)§2.2.3 轮胎的选择 (10)§2.2.4 传动系最小传动比确实定 (11)§2.2.5 传动系最大传动比确实定 (11)§2.3 混合动力电动赛车发动机和电动机选型 (12)§2.4 混合动力电动赛车主要设计参数确实定 (13)§2.4.1 尺寸参数 (13)§2.4.2 质量参数 (15)§2.4.3 性能参数 (17)§2.5 赛车各系统设计 (20)§2.5.1 悬架系统设计 (21)§2.5.2 转向系统设计 (22)§2.5.3 制动系统设计 (22)§2.5.4 电器系统设计 (24)§2.5.5 车身设计 (26)§2.5.6 车架设计 (26)第三章大学生方程式混合动力电动赛车动力性与经济性 (28)§3.1 汽车的动力性 (28)§3.1.1 动力性的评价指标 (28)驱动力—行驶阻力图 (28)§3.1.3 汽车的加速能力 (31)§3.1.4 动力特性图 (33)§3.1.5 功率平衡 (34)§3.2 燃油经济性 (35)第四章大学生方程式混合动力电动赛车总体布置 (37)整车布置的基准线〔面〕-零线确实定 (37)各部件的布置 (37)总体设计参数表 (40)第五章结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)第一章大学生方程式混合动力电动赛车总体概况混合动力汽车〔Hybrid Electric Vehicle, HEV〕是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。
FSAE大学生方程式赛车(电动版)设计说明书
以大学生方程式赛事为背景，参考广西工学院鹿山学院大学生方程式赛车作为基础，应用汽车理论和汽车设计等相关知识结合比赛规则，对赛车的基本尺寸、质量参数和赛车的性能参数进行选择，对赛车各总成进行选型和总布置，进行赛车蓄能系统、再生制动系统以及行驶系统、传动系统进行设计。
根据同组同学确定的驱动系统，结合比赛需求计算出电池、电容容量和要求，选择电池、电容型号和组合形式，确定出外形尺寸和质量和安装位置。
再为蓄能装置匹配出合适的充电系统。
设计节能环保的再生制动系统,然后按照鹿山二号对纯电动方程式赛车的行驶系统、传动系统进行改动,最后再结合同组同学的参数，确定整车的设计参数。
随着全球能源、环境问题的日益严峻，节能环保的纯电动车辆将会成为下一个时代的主流。
关键词：大学生方程式赛车；总布置；磷酸铁锂电池；超级电容Students Formula One racing events as the background, refer to the Guangxi Institute of Technology the Kayama College Students Formula One racing as a basis for the automotive design and automotive theory and other related information as well as the FSAE competition rules，application of automotive theory and knowledge of automotive design , combined with the rules of the game , the basic dimensions of the car , quality parameters and performance parameters of the car selection , selection and general arrangement of the assembly of the car , the car energy storage system , regenerative braking system and driving system, transmission system design.According to the same group of students to determine the drive system , combined with the game needs to calculate the battery, capacitor , capacity and requirements , select the battery, capacitor model and the combination to determine the shape size and quality , and installation location . Match the charging system for the energy storage device . The regenerative braking system of the design of energy saving and environmental protection , and then follow the Lushan II Formula One racing for pure electric driving system , the transmission system to make changes , and finally combined with the parameters of the same group of students to determine the design parameters of the vehicle .Keywords:college students and Formula One racing ; general arrangement ; lithium iron phosphate batteries ; super capacitor目录1 绪论 (4)1.1 大学生方程式赛事介绍 (4)1.2 大学生方程式的历史 (4)1.3 赛事意义 (5)1.4 国内外发展现状 (5)2 纯电动方程式赛车总布置设计 (6)2.1 赛车主要参数的选取 (6)2.1.1 纯电动方程式赛车机械部分参数的选取 (6)2.1.2 赛车性能参数的选取 (7)2.1.3 悬架主要参数（学院车队提供） (8)2.2 赛车驱动电机的选取 (8)2.2.1 电机类型的选择 (8)2.2.2 电机功率的选择 (9)2.3 赛车各总成选型原则和总布置 (10)2.3.1 悬架、轮胎的选择 (10)2.3.2 制动系统 (10)2.3.3 车架 (11)2.4 人机工程 (11)2.4.1 人体尺寸 (11)2.5 赛车的轴荷分配 (12)2.5.1 学院鹿山2号的轴荷分配 (12)2.5.2 纯电动方程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算 (13)2.5.3 纯电动方程式赛车轴荷的分配 (13)3 储能装置的选择 (14)3.1 蓄能装置的容量计算 (14)3.1.1 赛车的续驶里程 (14)3.1.2 蓄能器容量的计算 (14)3.2 蓄能装置类型的选择 (14)3.2.1 高比能量蓄能装置 (14)3.2.2 高比功率储能设备的选择 (17)3.2.3 高比功率装置的计算 (17)3.2.4 超级电容的计算 (22)4 充电器的设计 (24)4．1 锂离子电池充电方法 (24)4.1.1 常用的充电方法[10] (24)4.1.2 赛车充电放式的选取 (25)4．2 赛车的充电要求 (25)4.2.1 赛车的充电要求 (25)4.2.2 充电器方框图 (26)4.2.3 充电器的分析 (27)5 再生制动 (29)5.1 赛车制动力矩的计算 (29)5.1.1 赛车制动力的要求 (29)5.1.2 赛车制动力的计算 (29)5.2 制动距离和制动减速度 (30)5.2.1 制动减速度计算 (30)5.2.2 制动距离计算 (31)5.3 制动效能的恒定性 (31)5.4 制动的稳定性 (31)5.5 前、后制动器制动力的比例关系 (31)5.5.1 求出I曲线 (31)5.5.2 具有固定比值的前、后制动器制动力分析 (32)5.6 赛车要求的最大制动力 (33)5.6.1 赛车最高车速下所具有的能量 (33)5.6.2 塞车的制动力要求 (34)5.6.3 赛车制动器制动力的选取 (34)5.6.4 赛车再生制动路线分析 (36)6 机械传动系统与行驶系 (37)6.1 机械传动系统 (38)6.2 行驶系 (38)6.2.1 车架 (38)6.2.2 车桥和车轮 (38)6.2.3 悬架 (39)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 大学生方程式赛事介绍全球可利用能源逐渐减少、环境恶化的形式越来越严峻，人类需要一个更安全、低碳的能源体系及环境。
大学生方程式赛车电池箱连接件的设计
74AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计1 引言中国大学生电动方程式汽车大赛（FSEC） 是中国大学生方程式汽车大赛（FSC）油（车）电（车）分离后的大赛[1]，要求产赛成员按照赛事规则和赛车制造标准，在规定时间内自行设计和制造出一辆操控性能、加速性能、制动性能等方面具有优异表现的电动能源方程式赛车，并且能够成功完成全部赛事环节的比赛；现在FSEC 赛事正朝着更快，更轻，更稳定的方向迅速发展。
由于在赛车在赛场上高速运行为避免赛车在比赛时因高速运行时赛车结构的不稳定性对驾驶员的安全造成隐患对成绩造成影响因此现在对赛车的整体强度要求越来越高，而各部分连接件的强度和刚度对赛车的整体强度起到决定作用，在这里主要对赛车的电池箱与车架的连接件--电池箱连接件提出设计。
2 电池箱参数在设计电池箱连接件时首先了解电池箱的参数根据电池箱的尺寸质量等信息做参考列出综合设计，以下表格我校电动方程式赛车动力蓄电池主要参数。
电池箱是按照规则的要求做出一个实现下属要求的电池箱结构[2]：a.在纵向（前后方向）可以承受40g。
b.在侧向（左右方向）可以承受40g。
大学生方程式赛车电池箱连接件的设计张成浩 任峰长春师范大学 工程学院 车辆工程系 吉林省长春市 130032摘 要： 根据大学生方程式赛车比赛规则对电池箱连接件强度的要求，提出了赛车电池箱连接件的设计，首先运用CATIA 完成电池箱连接件的三维零件图和装配图然后运用ANSYS 有限元分析连接件的受力情况得到连接件的受力图，通过计算分析受力图是否满足比赛规则所要求。
通过实车实验验证了该连接件具有良好的连接性，满足固定电池箱的受力要求。
关键词：大学生方程式赛车；电池箱连接件；ANSYS 分析；CATIAc.在垂直方向（上下方向）可以承受 20g。
电池单体或隔离分区的电池组必须被适当保护以防止内部箱体的松动。
（SES 或者 SRCF 中必须 包括相关的计算和测试）。
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毕业设计〔论文〕-大学生方程式纯电动赛车〔总体设计〕〔含全套CAD图纸〕大学生方程式纯电动赛车〔总体设计〕摘要本文详细介绍了本次设计的方法及指导思想，本次设计的内容是大学生方程式纯电动赛车的设计。
纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、平安法规各项要求的车辆。
由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。
随着计算机和电子产品继续开放级骑，电动车技术已经成熟和完善，使驾驶变得更平安，方便，灵活，舒适。
现在，从普通消费者从很远的电动车，只有在少数人匆忙它时髦。
电力汽车可以真正传统燃料汽车在未来竞争的汽车市场，最终会和智能汽车的电动汽车代替。
这只是时间问题。
在设计过程中，我是从电动机和电池的选择入手，为了使汽车获的最高行驶速度,经过计算选择了电机和电池。
在选好电机和电池后，和设计燃油汽车的底盘一样，并同时综合电动汽车的结构特点，对汽车的传动系统，行驶系统，转向系统，制动系统进行一一分析和布置。
在这为纯电动赛车车设计底盘的过程中，要特别注意电动汽车与燃油汽车不同的地方。
在我所设计的这辆纯电动赛车上，它的传动系很简单，是电机直接和主减速器用链传动直接连接，这样整个底盘的总布置也可以变的很自由。
关键词：纯电动赛车，电机，电池，底盘总布置ABSTRACTThis paper introduces in detail the design methods and the guiding ideology, the content of this design is a college student equation of pure electric car design. Pure electric car is powered by car power, with the motor driven wheel driving, conform to the requirements of road traffic and safety regulations of the vehicle. Because of less environmental impact compared with the traditional cars, its prospect is widely, but the current technology is not mature. With the computer and electronic products continue to open-class ride, electric car technology has matured and improved, making driving safer, convenient, flexible and comfortable. Now, the electric car from the ordinary consumer from very far, only a few people in a hurry fashionable it. Electric cars can really traditional fuel vehicles to compete in the future automotive market will eventually be electric cars and smart cars are replaced. This is only a matter of time that day will come for.In the design process, first is to the selection of motor and battery, in order to make the car won the highest speeds, I chose the motor and battery after calculation. After chooses the electrical machinery and the battery, is same with the design fuel oil automobile chassis, and simultaneously synthesizes the electric automobile the unique feature, to the automobile transmission system, the travel system, the steering system, the braking system carries on analyses and the design. In the car chassis design process for electric vehicles, it is important to pay special attention to the different parts of the electric vehicles and fuel cars. The electric car’s drive train I designed is very simple. motor and reducer connected directly with chain transmission, so the layout of the whole chassis is free.KEY WORDS: electric car, electromotor, the battery, the chassis layout目录第一章大学生方程式赛车介绍 (1)§1.1 FSAE 赛车起源 (1)§1.2 FSAE 赛车现状 (2)§1.2.1 赛车现状 (2)§我校赛车现状 (2)第二章纯电动汽车 (3)§2.1 纯电动汽车的开展 (3)§2.1.1 电动汽车电池开展 (3)§2.1.2 电动汽车行业开展 (4)§2.1.3 中国汽车驶入“无油〞时代 (4)汽车优点 (5)§2.3 开展现状 (6)§2.3.1 兴旺国家现状 (6)§2.3.2 中国现状 (8)§2.4 电动车的未来开展方向 (8)大学生方程式纯电动赛车开展状况 (10)第三章赛车总体设计 (12)§3.1 赛车总体设计概述 (12)§3.1.1 总体设计要求 (12)§3.1.2 总体设计目标 (13)整车结构 (13)总体设计进度概述 (14)§3.1.5 课题的意义 (15)§3.2 赛车总体设计的一般顺序 (16)§3.3 赛车各系统设计 (18)§3.3.1 悬架系统设计 (18)§3.3.2 转向系统设计 (19)§3.3.3 制动系统设计 (19)§3.3.4 车架设计 (20)第四章赛车主要参数的初步确定 (22)§主要参数 (22)§4.1.1 主要技术参数 (22)§4.1.2 电动机的选择 (23)§4.1.3电动车电池面临的主要问题 (25)§4.1.4电动车电池的选择 (26)§4.1.5 轮胎的选择 (27)§4.2 赛车主要设计参数确实定 (28)§4.2.1 性能参数的计算 (28)§4.2.2 整车尺寸参数 (30)§4.3.3 主要技术参数 (31)第五章赛车动力性分析 (33)§5.1 行驶稳定性计算 (33)§5.2 动力性计算 (34)第六章赛车的底盘总布置 (37)§6.1 整车布置的基准确实定 (37)§6.2 赛车布置 (37)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (44)第一章大学生方程式赛车介绍§1.1 FSAE 赛车起源Formula SAE 赛事1980年在美国举办第一次比赛以来，现在已经成为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）（有cad图三维图）
大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）（有cad图三维图）毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）2013年5月30日方程式赛车模具及卡具设计摘要本文依据大学生方程式汽车大赛FSAE赛事技术规则对大学生方程式赛车整体车架、悬架进行了模具及卡具设计。
在卡具设计当中不仅需要考虑赛车车架各杆件是否定位完全以及夹紧可靠，同时必须考虑支撑杆件的强度和刚度能否满足要求，最终还必须考虑焊接空间是否与支撑杆干涉。
在模具设计当中不仅要考虑凸、凹模的加工精度以及冲压机的选择，同时还必须考虑凸、凹模的强度和刚度。
本文在完全满足上述要求的前提下对模具及卡具进行了设计。
在模具及卡具设计之初，将方程式汽车大赛的有关规定和评分标准，作为后续模具及卡具设计的技术规范要求；为了达到卡具设计合理性的目的，本设计参考了湖南大学、天津大学以及部分国外大学的赛车模具及卡具。
进入设计阶段，本设计通过分析比较几种模具及卡具的结构形式，决定选择定位与夹紧一体化的卡具设计，采用压弯模制得对强度要求较高的主环。
然后依据技术规范、车架的最终尺寸确定了卡具及模具的结构形式和具体尺寸，并在UG7.0中建立车架卡具的模型。
再对模具及卡具进行受力分析，使各杆件能合理的定位、夹紧，使主环能满足强度和精度的要求，直至模具及卡具结构满足各个方面的要求。
关键词：FSAE，模具，卡具，建模，工艺分析FORMULE SAE—A MOLD AND FIXTURE DESIGNABSTRACTBased on equation FSAE car competition event technical regulations of university students for the college studentsformula overall frame, suspension for the mould and fixture design. In fixture design not only need to consider whether or not the car frame each bar of positioning and clamping completely reliable, at the same time must consider the strength of the support bar and stiffness can meet the requirements, the final must also consider whether the welding space interference with the support bar. During mold design should not only consider the machining precision of the convex, concave die and punch, also must consider the intensity of the convex, concave die and stiffness. In this paper, on the premise of fully meet the above requirements on the mould and fixture design.At the beginning of the mould and fixture design, the formula car contest regulations and criteria, as the follow-up mold and fixture design of the technical specification requirements; In order to achieve the purpose of fixture design rationality, the design reference of Hunan university, Tianjin university and some of the foreign car mold and fixture. Entered the stage of design, this design through the comparative analysis several kinds of mould and the structure of fixture, decided to choose integration of positioning and clamping fixture design, USES the bending molding of strength to demand higher main ring. Then according to specification, to obtain the final size of the frame the structure of the mould and fixture and the specific size, and set up in the UG7.0 frame models of the fixture. Stress analysis was carried out on the mold and fixture, make each bar can reasonable positioning, clamping, the main ring can meet the accuracy requirement of the strength and, until the mold and fixture structure meet the requirements of all aspects.Key words: FSAE, mould, fixture, modeling, process analysis 目录第一章绪论 (1)§1.1 赛事简介 (1)§1.2 大赛性质 (2)§1.3 大赛理念 (2)§1.4 愿景与使命 (2)§1.5 组织结构 (3)第二章焊接卡具的设计 (4)§2.1 焊接的主要类型 (4)§2.1.1 点焊 (4)§2.1.2 凸焊 (4)§2.1.3 钎焊 (5)§2.1.4 二氧化碳焊 (5)§2.2 车用焊接卡具分析 (5)§2.3 焊接夹具的分类 (6)§2.3.1 无驱动夹具 (6)§2.3.2 气动夹具和手动夹具 (6)§2.4 焊接夹具的结构设计 (7)§2.5 六点定位原则在车身焊装夹具上的应用 (7) §2.6 焊装夹具设计原则 (8)§2.7 焊装夹具的基本要求 (8)§2.8 工艺分析 (9)§2.8.1 车架的分析 (9)§2.8.2 基准的选择 (9)§2.8.3 制定工艺路线 (10)§2.9 定位、夹紧元件的选择 (11)§2.9.1 定位元件及定位方式的选择 (11)§2.9.2 工件的夹紧及对夹紧装置的要求 (13)§2.9.3 定位误差的分析与计算 (13)§2.10 工件的夹紧 (14)§2.10.1 夹紧装置的设计原则 (15)§2.10.2 夹紧力确定的基本原则 (16) §2.10.3 减小夹紧变形的措施 (18)第三章模具的设计 (20)§3.1 模具的发展与现状 (20)§3.1.1 国内模具的发展与现状 (20)§3.1.2 模具CAD/CAE/CAM技术 (22) §3.2 零件工艺性分析 (23)§3.2.1 材料选择 (23)§3.2.2 结构分析 (23)§3.2.3 工艺分析 (24)§3.3 U形件弯曲模结构设计 (25)§3.3.1 模具的整体结构 (25)§3.3.2 凸、凹模的结构和固定形式 (25) §3.4 模具零件的设计与计算 (26)§3.4.1 凸、凹模的间隙 (26)§3.4.2 弯曲力计算 (27)§3.4.3 凸模长度的确定 (28)§3.4.4 凹模尺寸的确定 (28)§3.5 冲压设备的选用 (29)§3.5.1 冲压设备主要技术参数 (29)§3.5.2 冲压力的计算 (31)§3.5.3 选择压力机 (31)§3.6 模具强度和刚度的计算 (32)第四章结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)第一章绪论§1.1 赛事简介Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers 简称SAE）主办。
大学生电动方程式赛车仪表盘的设计与实现
大学生电动方程式赛车仪表盘的设计与实现杨益钧++丁宁摘要：FSEC赛车的仪表盘，包括仪表盘底板、仪表盘后盒、显示屏、指示灯、启动开关和急停开关。
底板采用亚克力板，由激光雕刻机切割制作，固定于车架前环。
后盒采用3D打印，固定于底板背面，用于放置控制器单片机及部分线路，保证仪表盘整体的防水性能。
显示屏采用4.7英寸OLED，用单片机驱动并控制，用于显示速度、电池电压、提示信息。
指示灯采用0.5毫米雾状LED，用于指示车速和赛车状态。
根据赛事规则，启动开关采用自动复位开关，用于激活驱动系统，急停开关采用按键式开关，用于在紧急状态下快速切断赛车动力。
仪表盘是赛车的核心部件之一，能使车手直观地了解赛车状态，对车手控制赛车有极大帮助作用，在赛车设计和调试过程中也具有重要意义。
关键词：方程式赛车；仪表盘；设计；实现0 引言大学生电动方程式比赛（FSEC）赛车由大学生自行设计制造并驾驶，仪表盘是赛车的核心部件之一，在设计调试赛车过程中，技术人员可以通过仪表盘了解赛车当前性能从而做出改善；在车手驾驶赛车过程中，通过仪表盘了解赛车速度、电池电压等信息，从而合理操控赛车。
利用机械设计软件设计仪表盘机械结构，采用亚克力板制成。
利用3D打印进制作仪表盘后盒。
利用单片机驱动OLED显示屏和LED灯，通过转换函数处理来自传感器的数据，通过显示函数在显示屏上显示数据并用LED灯提供指示信息。
利用自动复位按钮作为启动开关，连接控制器，从而激活驱动系统。
利用按键式开关作为急停开关，与驱动系统串联，从而在紧急状态切断动力。
对大学生方程式赛车仪表盘的设计与实现，内容包括基于SolidWorks的机械设计，基于UVision的单片机编程，基于Multisim的电路设计与模拟，机关雕刻机和3D打印机的使用，及多种工具、仪器的实践操作。
1 赛车仪表盘的设计1.1 仪表盘的组成结构赛车仪表盘：包括仪表盘底板（1）、仪表盘后盒（7）、OLED显示屏（2）、速度指示灯（3）、状态指示灯（4）、启动开关（5）、急停开关（6）。
毕业设计(论文)大学生方程式赛车设计(制动与行走系统设计)(含全套cad图纸)
大学生方程式赛车设计（制动与行走系统设计）摘要Formula SAE赛事1980年在美国举办第一次比赛，现在已经是为汽车工程学会的学生成员举办的一项国际赛事，其目的是设计、制造一辆小型的高性能方程式赛车，并使用这辆自行设计和制造的赛车参加比赛。
中国大学生方程式赛车比赛的组织与开展始于2010年，至今已成功举办了三届。
本文主要阐述了在中国大学生方程式汽车大赛组委会制定的规则下，如何设计一辆Formula SAE 赛车的制动系统。
设计采用的是前盘后盘的液压双回路制动系方案。
它的工作原理是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动趋势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过轮缸活塞推使制动衬片夹紧制动盘产生摩擦力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。
由于赛车本身质量较小，很多地方不能按常规的设计方法进行设计，我主要采用了市场调研的方法，先选取一些类似的车型，依据它们的制动系统结合赛车的实际情况反复验证，通过极限算法计算出完全制动时制动盘的最小尺寸。
同时在极限工况下对几个危险截面的零件的强度进行了校核，使其满足要求。
同时利用UG软件进行了建模，以辅助后续工作的顺利进行。
关键词：Formula SAE，赛车，制动，校核FORMULA RACING BRAKE AND WALKINGSYSTEM DESIGNABSTRACTFormula-SAE launched in the USA in 1980, Formula-SAE is now an international competition for Society of Automotive Engineers student members to form teams for the purpose of designing, building and competing in a small high-performance race car.The article discusses how to design a Formula SAE car's braking system。
大学生方程式赛车设计(发动机匹配试算与装配设计)(有cad图+三维图)
大学生方程式赛车设计（发动机匹配试算与装配设计）摘要中国大学生方程式汽车大赛（简称中国FSAE）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。
本文具体研究大学生方程式赛车（FSAE）发动机系统的匹配试算和结构设计，通过了解发动机的性能参数、结构参数，运用发动机原理，汽车构造等所学的知识，根据大学生方程式赛车的比赛规则及网上查询资料，对发动机进行选择。
文章主要论述如何改进发动机的进排气及冷却系统，使发动机达到预想的状态，且符合大赛的规定。
对于进排气系统采用GT-Power、FLUNT等软件进行仿真计算设计，进排气系统的优化设计，采用四个分置的进气歧管，避免了各缸进排气时间不同造成的挣气现象，使得进排气更加顺畅，提高了进气效率，从而提升发动机的动力性能。
进气系统限流阀的应用使得赛车更加安全，同时也能让学生更加的主动去学习如何改进进气系统，做成两头锥的形状，使得进气无死角，又不会违背大赛规定。
应用流体力学设计谐振腔，使得进气尽量多。
关键词：方程式赛车（FSAE），发动机，匹配，进排气Design of FSAE(trial matching and assembly design of engine)ABSTRACTFormula SAE of China (hereinafter referred to as the "Chinese FSAE") is a study by the institutions of higher learning in vehicle engineering or relevant majors participate in automotive design and manufacture of the game.This paper studies college students formula (FSAE) matching calculation and structure design of engine system. by understanding the performance parameters, the structural parameters of the engine, using the principle of engine, automobile structure knowledge, According to the rules of the Formula SAE and search Information online to choose a engine . This paper mainly discusses how to improve the intake and exhaust and cooling system of engine, the engine to achieve the desired state, and in accordance with the competition rules. For the inlet and exhaust systems,use GT-Power FLUNT to simulation calculation. Optimization design of inlet and exhaust system,ues four intake manifold split,. avoid the phenomenon of each cylinder earn gas intake and exhaust is caused by the different time, the intake and exhaust more smoothly, improves the air intake efficiency, so as to enhance the power performance of the engine. The application of limited flow valve inlet system makes the car more secure, but also can make students more active go to study how to improve the intake system, made of two cone shape, so that the intake without blind angle, without violating the contest rules. Application of fluid mechanics designing resonant cavity, so that the intake as much as possible.KEY WORDS: Formula One racing (FSAE), engine, matching, The intake and exhaust.目录第一章大学生方程式赛车简介 (1)§1.1 赛事简介 (1)§1.2愿景与使命 (1)第二章发动机的匹配 (3)§2.1发动机的匹配 (3)§2.1.1匹配的定义 (3)§2.1.2发动机匹配的应用场合 (3)§2.2 发动机的机械匹配技术 (3)§2.2.1 发动机和变速器的选型和匹配 (3)§2.2.2 设计与分析 (4)§2.2.3 主要试验项目 (5)§2.3 发动机管理系统及其开发技术 (5)§2.3.1 发动机管理系统 (5)§2.3.2 发动机管理系统开发技术 (5)§2.4 发动机的标定技术 (6)§2.4.1 发动机标定 (6)§2.4.2 发动机标定软件 (6)§2.4.3 发动机标定设备 (6)§2.4.4 发动机标定试验 (7)§2.5 其它相关电气系统的开发 (7)§2.5.1车载网络系统的开发 (7)§2.5.2 电气线束系统的开发 (7)§2.6发动机的选购 (7)§2.6.1 赛车发动机的选择原则 (7)§2.6.2 以下是国内几款常用FSAE发动机的资料 (8)第三章发动机进排气系统的匹配 (14)§3.1 FSAE进排气系统和限流阀的关系 (14)§3.2 GT-Power介绍 (15)§3.3发动机的进排气管 (15)§3.3.1 进气管长度对发动机性能影响 (17)§3.3.2排气管长度对发动机性能影响 (17)§3.4 限流阀的作用意义 (17)§3.4.1 什么是进气限制器 (18)§3.4.2 进气限制器的作用 (18)§3.4.3 为什么要有进气限制器 (19)§3.4.4 进气限制器为什么要安装在节气门之后 (20)§3.5 谐振腔CAE分析方法 (20)§3.6 进排气歧管的设计 (21)§3.7进排气最终方案 (23)§3.7.1 进排气系统UG图 (23)§3.7.2进排气CAD图 (24)第四章冷却系统匹配 (26)§4.1 冷却系统的总体布置原则 (26)§4.1.1 提高进风系数 (26)§4.1.2提高冷却液循环中的散热能力 (26)§4.2 膨胀水箱的选择 (26)§4.3 水管的设计 (27)§4.4 防冻液的选择 (27)§4.5冷却系统的固定 (28)第五章润滑系统 (29)§5.1 润滑的意义 (29)§5.2 润滑的方式 (29)§5.3 润滑系统的组成及油路 (30)§5.4 曲轴箱通风装置 (30)§5.5 机油的功用 (31)§5.6 机油的使用特性及机油添加剂 (32)§5.7 机油的分类 (33)§5.8 机油泵 (34)§5.9 机油滤清器 (35)§5.10 冷却器 (36)第六章总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)附录 (40)第一章大学生方程式赛车简介§1.1 赛事简介中国大学生方程式汽车大赛（简称中国FSAE）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。
对大学生方程式电动赛车(FSEC)仪表总成的设计
根 据 中国大学 生纯 电动方 程式 汽车 大赛 （ Ｆ Ｓ Ａ Ｅ） 规
义 的数 据反 馈和相应 的控 制策 和驱动系统。控制系统采用 ２ ４ Ｖ电源，一
方面 为 常规低 压 电器 供 电 ，另一 方面 为整 车控 制 器和 电 池 管 理 系统 （ Ｂ Ｍ Ｓ ）以及 电机 控 制器 、Ｄ Ｃ ／ Ａ Ｃ等高 压 电
电动赛 车仪表总成 ：包括显示模块 （ １ ）、电源模
（ ３ ４ ２ ），Ｒ Ｓ ２ ３ ２ 收发 器 （ ３ ４ １ ） 与 显示 模块 （ １ ）连接 ，
Ｃ Ａ Ｎ收发器 （ ３ ４ ２ ）与电动赛车上的动力 系统和驱动系
统 相连 。
赛车动力性和操纵稳定性是摆在首位的。同时 ，为了合
理 的利 用赛 车 的驾 驶 空 间 ，保 证整 车 的结 构 紧凑 型 ，电 动 赛 车的 仪表 系统 只需 要 显示 一些 特定 的 信息 ，而更 注
的输 出端 分别 与 Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ 芯片 （ ３ ２）、蓝牙 （ ３ ３）和收发 器 连接 。 收 发器 包 括 Ｒ Ｓ ２ ３ ２收 发 器 （ ３ ４ １ ）和 Ｃ Ａ Ｎ收 发 器
气设备的控制 回路供电；Ｃ Ａ Ｎ总线通信系统用来实现整
车控 制 器 、Ｂ Ｍ Ｓ 和 电机 控制 器 之间 的通 信 ；驱动 系统 主
单片机 的输入端分别与 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ 芯片、蓝牙和收发器连接 ，该单片机 的输 出端分别与 Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ 芯片、蓝牙和 收发器连接。此设计克服 了现有技术中的储存芯片储存数据量小、稳定性不好 ，电源不能确保本 系统稳 定可靠， 主控 系统芯片性价比不高等问题 ， 提 高了Ｆ Ｓ Ａ Ｅ电动赛车仪表 中储存芯片的数据存储量和稳定性。
方程式赛车动力电池箱结构设计与分析
方程式赛车动力电池箱结构设计与分析蒋正禹;黄碧雄;刘宁宁【摘要】为满足大学生方程式赛车动力电池轻量化、高速比、可靠安全性、稳定性的要求,对方程式赛车动力电池箱进行结构设计及分析.利用CATIA软件对方程式赛车动力电池箱主要零部件进行结构设计、装配并建立有限元模型,包括确定边界条件及确定载荷和约束施加等.对模型进行静态应力分析,验证模型及边界条件的正确性和可行性.计算出动力电池箱的变形位移和应力,对结果进行可视化处理.在此基础上,确定动力电池箱在工作时的危险部位,并对其完成相关的强度校核及结构优化.通过对箱体结构优化设计,提升了箱体的性能,并降低了其质量.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】6页(P41-46)【关键词】方程式赛车;动力电池箱;结构设计;有限元分析【作者】蒋正禹;黄碧雄;刘宁宁【作者单位】上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】U469.72在国家高度重视环保和节能减排的今天,发展电动汽车(纯电动汽车、混合动力电动汽车)已经成为了汽车行业的热点.目前,制约电动汽车大规模使用的一个因素是大部分电动汽车续航能力还弱于传统汽车,其主要原因是电池包能量密度低.电池包整体的能量密度与电池箱结构紧密相关,电池箱的设计也成为新能源汽车发展的不可或缺的一部分,随着电池技术的发展,动力电池系统作为纯电动方程式赛车和无人驾驶方程式赛车的关键零部件,它的安全性、可靠性和耐久性决定着整车的性能.纯电动方程式赛车和无人驾驶方程式赛车动力电池箱一般布置在主环下方、驾驶座后方,有着较为恶劣的安装环境,电池箱体作为动力电池的载体,在动力电池安全工作和防护方面起着关键作用,如何保证结构设计合理性是箱体结构设计的首要任务.因此,通过对箱体结构优化设计,提升箱体的性能,降低其质量,是目前研究的重点.本研究所设计的电池箱由底板、箱体、隔板、箱体盖、固定支架和吊环等零部件组成.1 电池箱零部件优化设计1.1 底板的模型建立及边界约束条件边界条件的施加方式与有限元网格模型的生成方式直接相关,但实际情况往往比较复杂.底板应力云图和位移变形图如图1和图2所示.图1 底板应力云图Fig.1 Stress nephogram of bottom plate图2 底板位移变形图Fig.2 Displacement and deformation diagram of bottom plate基于汽车轻量化考虑,相对传统合金钢,在满足相关强度等要求的同时优先选择高强度铝合金,底板材料选择CATIA软件系统中的3.2 mm铝合金.赛车在运动过程中紧急制动或发生碰撞时会产生巨大的瞬时加速度,为保障电池箱的安全性,设计中需要满足各个方向产生的最大加速度(水平方向40g、垂直方向20g).因底板水平方向主要受切应力,垂直方向受压应力,所以给底板水平方向施加约束,垂直方向施加6 470 N/m2应力(σ=F/S=ma/S,式中m=55 kg为电池总质量,a=20 N/kg为垂直方向加速度,S=500×335=167 500 mm2为底板受力面积). 从图1可以看出,当给底板施加6.47×103 N/m2的应力时,颜色最深即应力分布最大的位置是底板中部两边缘处,应力约为5.47×106 N/m2.从图2可以看出,此时位移变形最大的为底板中心位置处,其变形位移量约为6.69×10-2 mm.底板颜色最深处即为最危险处,在满足其要求的强度下,底板位移变形很小可以忽略不计,因此底板设计符合要求.1.2 箱体模型建立及边界约束条件箱体工作中其上表面主要是受压应力,其应力云图和位移变形图如图3和图4所示. 图3 箱体应力云图Fig.3 Stress nephogram of box图4 箱体位移变形图Fig.4 Displacement and deformation diagram of box 箱体材料选择2.3 mm铝合金,因箱体水平方向各个面主要受压应力,垂直方向为切应力,前后面和左右面受力相似,所以只需选择给箱体左右方向施加约束,前后方向施加1.38×104 N/m2应力来进行有限元分析(σ=F/S=ma/S,式中m=55 kg为电池总质量,a=40 N/kg,S=500×240=120 000 mm2为箱体受力面积).由图3可知,给箱体施加1.38×104 N/m2应力时,颜色最深即应力分布最大的位置为箱体,受力靠近约束面边缘处,应力约为4.57×107 N/m2.从图4可以看出,此时位移变形最大的为箱体受应力中心位置处,其变形位移量约为1.5 mm.箱体颜色最深处即为最危险处,在满足其要求的强度下,箱体位移变形1.5 mm相对较大,出于安全考虑此箱体设计需要进行进一步相关强度校核.1.3 箱盖模型建立及边界约束条件箱盖工作中主要是垂直方向上表面受压应力,水平方向受切应力,因此,给水平方向约束,垂直方向给载荷,其应力云图和位移变形图如图5和图6所示.图5 箱盖应力云图Fig.5 Stress nephogram of box cover图6 箱盖位移变形图Fig.6 Displacement deformation diagram of box cover 箱盖材料选择2.3 mm铝合金,因箱盖垂直方向主要是上表面受压应力,水平方向切应力,所以水平方向施加约束,垂直方向施加7.33×103 N/m2应力来进行有限元分析(σ=F/S=ma/S,式中m=55 kg为电池总质量,a=20 N/kg,S=500×300=150 000 mm2为箱盖受力面积).从图5可知,当给箱盖施加7.33×103 N/m2的应力时,颜色最深即应力分布最大的位置是箱盖与箱体接触边缘处,应力约为1.21×107 N/m2.从图6可知,此时位移变形最大的为箱盖中心受压应力位置处,其变形位移量为4.33×10-1 mm.箱盖颜色最深处即为最危险处,在满足其要求的强度下,箱盖位移变形相对较小,因此箱盖符合设计要求.1.4 固定支架模型建立及边界约束条件固定支架与螺栓配合工作中水平方向主要受切应力,垂直方向受压应力,因其是电池箱与车架的唯一连接点,所以水平、竖直方向都必须进行有限元分析,其水平及竖直方向应力云图和位移变形图如图7、图8、图9和图10所示.图7 固定支架水平向应力云图Fig.7 Horizontal stress nephogram of fixed bracket图8 固定支架竖直向应力云图Fig.8 Vertical Stress nephogram of fixed bracket图9 固定支架水平方向位移变形图Fig.9 Horizontal displacement deformation diagram of fixed bracket图10 固定支架竖直方向位移变形图Fig.10 Vertical displacement deformation diagram of fixed bracket固定支架材料选择3.2 mm铝合金,综合电池箱与车架的固定位置,固定支架的布置选择水平方向左右两边各5个支架通过螺栓与车架固定.因固定支架水平方向主要受切应力,竖直方向受压应力,所以在水平方向给支架与螺栓接触曲面施加约束,水平方向施加4.38×106 N/m2的应力来进行有限元分析(σ=F/S=ma/(NS),式中m=55 kg为电池总质量,a=40 N/kg,S=(πd×3.2)/2=50.2 mm2为受力面积,d=10 mm固定支架孔直径,N=10为固定支架螺栓数).在竖直方向给支架与螺栓接触曲面施加约束,竖直方向施加3.42×106 N/m2的应力来进行有限元分析(σ=F/S=ma/(NS),式中m=55 kg为电池总质量,a=20N/kg,S=20×20-πd2/4=321.5 mm2为受力面积,d=10 mm为固定支架孔直径,N=10为固定支架螺栓数).从图7可知,当施加4.38×106 N/m2的应力时,颜色最深即应力分布最大的位置是固定支架与螺栓接触面,其应力为2.96×105 N/m2.此时位移变形最大的为固定支架顶部位置处,其变形位移量为0.000 251 mm.从图8可知,当施加3.42×106N/m2的应力时,颜色最深即应力分布最大的是固定支架与螺栓接触面的位置,为8.44×104 N/m2.此时位移变形最大的为固定支架底部与车架连接部位置处,其变形位移量为2.11×10-5mm.从固定支架水平方向应力云图、固定支架竖直方向应力云图和固定支架水平方向位移变形图、固定支架竖直方向位移变形图的综合分析可知,箱盖颜色最深处即为最危险处,在满足其要求的强度下,固定位移变形都很小,可忽略不计,因此说明这种固定支架固定方式是比较可靠的,同时满足设计要求.1.5 吊环模型建立及边界约束条件吊环材料选择常用的高强度铝合金材料,吊环工作中主要是受向上的拉应力,所以其约束为下端与箱体接触的加强板,其应力云图和位移变形图如图11和图12所示. 图11 吊环应力云图Fig.11 Stress nephogram of hanger ring图12 吊环位移变形图Fig.12 Displacement and deformation diagram ofhanger ring因吊环主要用在电池箱与车架的拆装,所以吊环主要承受电池重力,工作时受拉应力.考虑到电池箱的安装环境及拆装方式,吊环的布置采用左右各一个,用于拆装从驾驶舱提出电池箱,前部安装一个,用于将电池箱通过滑槽从主环之下拉到驾驶舱,同时,设有吊环固定卡,避免在行驶过程中拉手产生振动.因吊环水平方向受拉应力远小于垂直方向,所以只需要选择竖直方向受载做有限元分析,竖直方向施加1.38×105 N/m2的应力来进行有限元分析(σ=F/(NS)=mg/(NS),式中m=55 kg为电池总质量,g=10 N/kg,S=0.002 m2为吊环受力面积,N=2为吊环的固定数量).从图11可知,当给吊环施加1.38×105 N/m2的应力时,颜色最深即应力分布最大的是吊环顶部左右拉杆接触的位置,其应力为8.93×106 N/m2.此时位移变形最大的为吊环顶部中心位置处,其变形位移量为1.61×10-2 mm.吊环颜色最深处即为最危险处,在满足其要求的强度下,吊环位移变形很小,因此吊环符合设计要求.2 动力电池箱总装配置2.1 动力电池箱内部隔板布置电池箱隔板布置竖直方向采用1块横板、2块纵板将电池pack分为6个模组,以便于电池pack的模块化管理和后期使用的维护及检修更换,水平方向1块隔板将电池箱分为两层结构,如图13所示.2.2 动力电池箱双层结构布置为了充分利用电池箱内部极其有限的空间及线束的布置,电池箱分为两层,将电池模组置于下层,电池管理系统置于上层两侧,继电器、熔断器及线束置于上层中间,电池箱上层预留30～50 mm的空间,以便连接电池管理系统线束和检修线路,同时也有利于电池散热,显示器置于水平隔板与箱盖之间的位置是较为优化的结构,如图14所示.图13 电池箱隔板布置图Fig.13 Battery box partition layout2.3 动力电池箱总装配电池箱由底板、箱体、隔板、箱体盖、固定支架、吊环、百叶窗等零部件组成.材料选用高强度铝合金,在满足相关设计要求的同时,相对传统高强度钢可以减轻10%的重量.箱体采用分块设计以提高材料利用率、降低成本.利用电池上的凹槽,在中板底部相应位置开长孔,在前面板、后面板和中板靠下部设百叶窗通风孔;在前面板、中板、后面板上端折边的相应位置开孔铆螺母,以便于箱体盖的安装;同时,在中板的上端开电池管理系统线束孔和高压电缆线进出孔,用于线束安装.箱体壳内壁上设安装座,用于电池高压插座安装.壳体外面设有拉手吊环,便于推拉电池箱.同时,设有拉手固定卡,避免在车辆行驶过程中拉手产生振动具体结构,如图15所示.图14 电池箱双层结构图Fig.14 Double layer structure diagram of battery box图15 电池箱整体装配外形图Fig.15 Integral assembly outline of battery case 综上所述,方程式赛车动力电池箱有限元分析结果的主要结构参数见表1.表1 动力电池箱结构参数Table 1 Structure parameters of power battery box 零部件名称材料数量/个长度/mm宽度/mm高度/mm厚度/mm施加应力/Pa水平方向竖直方向承载最大应力/Pa最大变形位移/mm是否合格底板铝合金1495.4330.4—3.2—6.47×1035.47×1066.69×10-2是箱体铝合金1500335237.72.31.38×104—4.57×1071.5是箱盖铝合金1504.6339.4—2.3—7.33×1031.21×1074.33×10-1是固定支架铝合金102020203.24.38×106—2.96×1052.51×10-4是固定支架铝合金102020203.2—3.42×1068.44×1042.11×10-5是吊环铝合金35040—3.2—1.38×1058.93×1061.61×10-2是电池箱铝合金1500335240—————是3 结语本文从箱体的功能需求出发,有的放矢地开展箱体结构设计,借助于CATIA软件对电池箱底板、箱体、隔板、箱体盖、固定支架、吊环、百叶窗等主要零部件建立模型并进行有限元仿真分析,最终设计出尺寸为500 mm×335 mm×240 mm(长×宽×高)结构合理、性能卓越、较为轻便的方程式赛车动力电池箱箱体结构.运用双层结构的布置方案,减小了电池箱体积,优化了其结构,降低了整车重心,从而实现方程式赛车高速比、可靠安全性目标.参考文献:【相关文献】[1] 唐俊,龙坤.CATIA V5 R14中文版实例教程[M].北京:清华大学出版社,2005.[2] 盛选禹,唐守琴.CATIA有限元分析命令详解与实例[M].北京:机械工业出版社,2005.[3] 车杜兰,周荣,乔维高.电动汽车电池包散热加热设计[J].北京汽车,2010(1):5-7,39.[4] 王阳,宁国宝,郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[J].汽车技术,2011(7):32-35,46.[5] 汤贵庭.铝合金电池箱结构优化设计[J].时代汽车,2018(7):101-102.[6] 袁林,赵清海,张洪信,等.纯电动汽车动力电池箱多目标形貌优化设计[J].青岛大学学报(工程技术版),2018,33(3):98-103.[7] 叶磊,阳林,田硕,等.FSE电动赛车动力电池设计及温度仿真研究[J].机械与电子,2016,34(10):42-45.[8] 浙江工业大学.一种FSEC大学生电动方程式赛车电池箱动力总成:CN201720172077.6[P].2017-11-03.[9] 黎英.FSEC电动赛车动力电池热管理系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016.[10] 刘峰云,谭子胡,李学博,等.基于EKF的电动方程式赛车动力电池容量试验研究[J].汽车实用技术,2018,44(11):9-12.[11] 范健文,蒙志攀.电动赛车电池箱通风冷却结构设计方法及应用[J].汽车工程师,2014(12):45-47,51.[12] CHEN K H,HAN T,KHALIGHI B,et al.Air colling concepts for Li-ion battery pack in cell level[C]∥Proceedings of 2017ASME Summer Heat Tranfer Coference.Bellevue:American Society of Mechanical Engineers,2017:1-12.[13] CHAU K T,LI W L.Overview of electric machines 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