基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理論的研究，探索對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的應(yīng)用

關(guān)田甜 四川城市職業(yè)學(xué)院 四川成都 610000

本文的分析對(duì)象是一輛小型越野賽車(chē)的車(chē)架，該車(chē)為參加中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)主辦的巴哈大賽而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，下面就該項(xiàng)賽事的情況作簡(jiǎn)短的介紹：中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)巴哈大賽是由中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)（SAE China）主辦、襄陽(yáng)夢(mèng)想方程式賽車(chē)場(chǎng)冠名支持、《汽車(chē)之友》雜志社承辦，英文名為Baja SAE China，簡(jiǎn)稱BSC。

BSC大賽在各校間開(kāi)展小型越野賽車(chē)設(shè)計(jì)和制作競(jìng)爭(zhēng)，此項(xiàng)賽事起源于美國(guó)，是大學(xué)生方程式汽車(chē)大賽的前身，適合職業(yè)院校和本科低年級(jí)學(xué)生參與。競(jìng)賽包括多種靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)試項(xiàng)目，靜態(tài)項(xiàng)目包括技術(shù)檢查、賽車(chē)設(shè)計(jì)、成本與制造、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)等，動(dòng)態(tài)項(xiàng)目包括牽引力、繞樁、直線加速、操控性、耐力比賽等。此項(xiàng)賽事是中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)系列科普活動(dòng)的重要組成部分，并開(kāi)始推向社會(huì)，邀請(qǐng)更多的公眾汽車(chē)愛(ài)好者參與。

2015年8月26日中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)在山東省濰坊市成功舉辦了第一屆巴哈大賽，成為世界上第六個(gè)舉辦巴哈大賽的國(guó)家。

BSC的賽事目標(biāo)為激發(fā)社會(huì)公眾對(duì)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的業(yè)余愛(ài)好，激發(fā)參賽學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)并深入掌握汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)校維修、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等多方面的技術(shù)技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。并提高其團(tuán)隊(duì)合作能力，通過(guò)職業(yè)院校和本科院校的同場(chǎng)競(jìng)技，促進(jìn)兩類(lèi)院校的汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的改革發(fā)展，提升專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵，為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)輸送更多復(fù)合型人才。賽事對(duì)賽車(chē)各系統(tǒng)均提出了一定的要求，比賽基本規(guī)則如下：

1．賽車(chē)的四個(gè)車(chē)輪不能在同一條直線上。

2．賽車(chē)所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)一由賽事組委會(huì)指定，賽車(chē)必須能夠承載一名身高180cm、體重100Kg的車(chē)手。

3．寬度：在車(chē)輛靜態(tài)空載、車(chē)輪指向前方時(shí)，最寬點(diǎn)不超過(guò)162cm。

4．長(zhǎng)度：無(wú)限制。

5．賽車(chē)要具備全地形性能，即賽車(chē)要在崎嶇不平的道路上安全行駛，包括巖石，沙丘，原木，泥濘和淺水等各種路段。降雨，下雪，結(jié)冰等各類(lèi)氣候條件，賽道可以任意或全面組合。

6．賽車(chē)必須具備足夠的離地間隙和牽引力【1】。

賽車(chē)情況簡(jiǎn)介：

在完全符合競(jìng)賽規(guī)則的前提下，設(shè)計(jì)并制造一輛單座、全地形、運(yùn)動(dòng)汽車(chē)。駕駛性：采用后置后驅(qū)的方式，駕駛艙內(nèi)，座椅、方向盤(pán)、油門(mén)踏板、剎車(chē)踏板的規(guī)格與布局依據(jù)人體工程學(xué)，使車(chē)手能以最佳的姿態(tài)駕駛賽車(chē)。安全性：整車(chē)防滾架由直徑 32mm、25mm 以及 20mm 的 20 號(hào)碳鋼鋼管制成，其特性是韌性優(yōu)良，配合五點(diǎn)式安全帶,能在惡劣的狀態(tài)下起到保護(hù)作用。根據(jù)規(guī)則，賽車(chē)的座椅后端安裝封閉的防火墻，能夠保證駕駛員在高速運(yùn)行中安全，根據(jù)車(chē)手的身高體型在賽車(chē)的右端安裝滅火器。能在更多的面積去消減緩沖行駛過(guò)程中對(duì)車(chē)手的沖擊。

總布置設(shè)計(jì)：

賽車(chē)重視安全與人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，將賽車(chē)設(shè)計(jì)為總長(zhǎng)2028mm，寬 1520mm，高 1515mm，軸距 1440mm，前輪距1345mm，后輪距 1195mm。為實(shí)現(xiàn)賽車(chē)的靈活性，同時(shí)便于其他系統(tǒng)的布置；通過(guò)減速器皮帶傳輸帶動(dòng)鏈盤(pán)，由鏈條帶動(dòng)牙盤(pán)完成動(dòng)力傳輸；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器；剎車(chē)系統(tǒng)利用液壓盤(pán)剎。賽車(chē)在設(shè)計(jì)時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)上端安裝集油箱 ，集油箱能減少加油時(shí)間，也能減小加油時(shí)的安全隱患。賽車(chē)?yán)萌梭w模型采樣的方法設(shè)計(jì)制作了適合每一個(gè)賽車(chē)手體形的賽車(chē)座椅，結(jié)合高度可調(diào)節(jié)式頭枕，以及可調(diào)油門(mén)、制動(dòng)踏板，以提高對(duì)車(chē)手的適應(yīng)性。

車(chē)身車(chē)架設(shè)計(jì)：

車(chē)架是賽車(chē)的重要部分，賽車(chē)秉承在車(chē)架與各個(gè)部分相互配合緊湊，實(shí)現(xiàn)車(chē)架的高強(qiáng)度、高剛度的設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)初期的多套設(shè)計(jì)方案中，我們選擇了使各總成連接緊湊合理、扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度最大、模態(tài)響應(yīng)較好的車(chē)架方案。內(nèi)部相互配合緊湊，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固，精致美觀。在車(chē)架各處鋼管實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。當(dāng)賽車(chē)行使在不平的路面上時(shí)，為了保證賽車(chē)對(duì)路面不平度的適應(yīng)性，提高賽車(chē)的平順性和通過(guò)能力，車(chē)架必須具有合適的扭轉(zhuǎn)剛度，因?yàn)檐?chē)架需要承載轉(zhuǎn)向力，慣性力和側(cè)移力等外力。

我們?cè)谲?chē)身方便進(jìn)一步優(yōu)化分塊方式，使裝配更加方便，布局更加合理。整車(chē)架結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，每一個(gè)連接點(diǎn)相互傳遞沖擊力。車(chē)身采用 XY-ER50-6 的氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T8110‘氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲’的內(nèi)容,XY-ER50-6 焊絲屬于碳鋼類(lèi)焊絲,抗拉強(qiáng)度大于 500MPa,屈服強(qiáng)度大于 420MPa,伸長(zhǎng)率大于 22%；避震支撐點(diǎn)與車(chē)架支撐點(diǎn)相結(jié)合，在顛簸路段車(chē)架受力均勻，不易發(fā)生形變。各個(gè)連接點(diǎn)之間的距離、角度都以競(jìng)賽規(guī)則為基準(zhǔn)。車(chē)架是賽車(chē)各總成的安裝基體，它將各個(gè)部份連成了一個(gè)整體，同時(shí)車(chē)架還承受質(zhì)量和有效載荷。賽車(chē)軸距長(zhǎng)度為1440mm，軸距越短，轉(zhuǎn)彎半徑越?。卉?chē)的重量減輕，從而比較省油。遵循規(guī)則要求和車(chē)身設(shè)計(jì)規(guī)范要求，結(jié)合本車(chē)隊(duì)經(jīng)費(fèi)、加工制造等各種條件與因素，我們決定使用 PT 制作車(chē)身外殼；座椅也是車(chē)身的重要部分，在復(fù)雜的路況行車(chē)過(guò)程中承受著復(fù)雜的載荷，而且行駛在復(fù)雜路況是，座椅也能夠配合其他約束件利用本身的變形吸收車(chē)手的撞擊能量，減少車(chē)手損傷。賽車(chē)的座椅是使用卡丁車(chē)座椅，占用空用小，座椅體積輕，成本低。

本文主要借助于ansys進(jìn)行三維建模仿真，來(lái)解決車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程中一些繁雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，特別是有些實(shí)驗(yàn)考慮到經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地以安全性等因素，實(shí)際操作有起來(lái)有一定難度。

作者簡(jiǎn)介：關(guān)田甜，女，碩士，四川城市職業(yè)學(xué)院汽車(chē)與信息工程學(xué)院，講師，主要從事汽車(chē)制造與裝配技術(shù)研究。