大学生baja比赛观赛小记补充

大学生baja比赛观赛小记补充

之前的小记发出来之后,和几所学校交流了一下,更正了之前的错误,把其他的一些看法一起总结出来。

22号赛车,湖北文理学院,之前误写为武汉理工

11号赛车,贵州航天职业技术学院

这台车是28号我准备回苏州之前才看到的,考虑到从荣和赛车场到潍坊火车站的距离和公交车的速度,当时时间非常紧张,事实证明却是如此。

当时因为一直在聊,这台车的照片一张都没拍,感谢徐赓老师发来的照片,车上前后立柱也都是他设计的。

那天首先看到这台车的后部,因为后引擎支架部分非常罕见的采用了摩托车才会用到的钢管拼接固定结构,自己磨过钢管坡口的同学应该都清楚钢管坡口的难度,这种拼接结构会凭空多出来很多坡口,在没有激光切管机的前提下采用这种工艺需要有强大的设计能力,更要有强健的承受打击的身体。这种设计可以避免使用额外的角片来进行安装件的固定,因此结构相对紧凑,如果工艺可以保证还可以把造型做的非常酷。

7344390401050572407.jpg

8862358106016888352.jpg

然后转到车子的前面发现这个前立柱,有点被惊艳到,因为这个立柱的设计和大多直接借用其他厂家的车队还有沿用大学生方程式设计的车队来说更接近纯钢管车立柱的设计。前立柱使用的是一大一小的两个圆锥滚子轴承,轮轴和整个立柱都是铝合金,非常轻,轮轴是紧配,从背面压进去,然后用板固定住,这样就避免不必要的焊接变形,不过铝的轮轴的强度和压进去的配合强度还需要证实,因为我们之前做的车子的前轮轴也是采用类似的设计,只是钣金拼接工艺的,前轮轴有多次从根部断开,后来分析并不是因为这个位置的焊接强度不够,断裂是从轴一边开始的,之后更改了轴的设计才算把问题解决。

93268937688055470.jpg

907138867998420709.jpg

但是不可否认的是这种设计已经非常成熟,没有采用大学生方程式的立柱内藏轴承的设计,为了避免和轮圈的干涉而做的上支点的造型,无论是设计还是加工都不是容易的事。

这台车的前后摆臂都是不可调的,为了实现倾角可调,前上摆臂和车身连接的角片做了腰形孔,然后通过更换偏心垫片来实现长度的调节,这一设计和哈工大威海校区的调节解决方案类似,虽然不是最佳,但是都通过自己的方式解决了同样的问题。

前上摆臂车身连接位置图片

前下臂要保证强度,一般都设计成完全不可调的,车身侧用胶套,立柱支点使用鱼眼轴承,上摆臂或者是在车身侧使用杆端关节轴承,或者是在立柱侧使用杆端关节轴承,以实现倾角的调节。

我接触到的几支大学生方程式车队都是使用的尺寸很大的深沟球轴承,大尺寸的轴承放在后轮比较容易理解,因为后轮芯需要做花键,配合外球笼,而且要留有足够的空间固定外球笼。但是前轮完全可以选更小尺寸的圆锥滚子,强度足够,重量还会下来一些。而且轮毂里的轴承如果考虑侧向受力,圆锥滚子轴承应该是更好的选择,因为这种轴承就是TIMKEN为了这个位置设计出来的。

那天也聊了一下他们做车过程中遇到的一些问题,最突出的就是前后摆臂内侧支点焊接收缩。因为这个问题,内支点的的安装胶套都只能用一边才能装配起来。这种长悬臂的结构件焊接收缩都是不可避免的,一般做法都会在没有满焊之前在两支点之间做一可调并且可拆卸的简单夹具,把间距支撑住,或者稍微放大一些,然后满焊。等摆臂冷却之后拆除中间的支撑夹具,这样焊接变形对装配的影响就比较有限了。

499982723824345706.jpg

6440959243748920471.jpg

22号赛车,湖北文理学院

设计之初其实很难考虑到赛道的实际情况,因为当时的赛道并没有建好,官方也基本没有给出很明确的参数,所以在选取车轮、离地间隙和悬架跳动行程等参数的时候也是一头雾水。轮胎的选取我们也是看了一些国外的车队来选取的,悬架行程这块也是尽可能的大一些。
选材这块,车架、悬架横杆和车架悬架的连接件均采用4130钢管,考虑到4130材料强度较Q235要好出很多,且焊接性能也不错。车架和悬架横杆使用圆管,连接件使用方管,前后悬连接件原计划均使用线切割,目的是为了保证悬架的精度。悬架连接点使用的是公制12.9级的塞打螺栓,外加一个自己车的材料为7075的铝套,每一个铝套的径向上都打有通孔,目的是存储润滑脂,防止磨损严重。
轮心、立柱均采用7075铝,自主设计,外包加工。轴承采用普通轿车上的轮毂轴承,便宜且耐用。
前轮前束、主销内倾可调,后轮定位参数不可调。

感谢湖北文理学院HolmanLee提供设计思路和制作工艺介绍

IMG_20150827_132249.jpg

10号赛车,大连理工

  1. 安全带的吊耳,座椅的高度等一开始都不符合规则,由于当时缺人手这部分交给了缺乏实践经验的新队员去做,最终按照规则做更改
  2. 卡钳与轮辋干涉(当初设计的轮辋与轮胎都是13寸的,结果代购轮胎的人没有办法弄到13的轮胎,而且国内也没有找到代替品,所以轮辋轮胎都用12的了,就这样干涉了铣掉焊在立柱上的用于安装卡钳的吊耳,仍有干涉,再继续磨卡钳,直到干涉消除
  3. 立柱采用方程式立柱,相配合的轮毂采用钢材制成,很重,未解决
  4. 模型更新后的传播不够及时,导致一部分干涉。比如半轴与连接悬架上A臂的钢管有干涉,切,原来的那根钢管换成矩形空间,留出半轴位置
  5. 集油盘3D左侧下部未做成斜的,增加成本与重量,油箱口处间距太少,不方便拧油箱盖,未解决
  6. 离合器的松紧程度不好把握,压紧力不够,更换了劲度系数更大的压紧弹簧
  7. 由于第一年没经验最初挑选的避震弹簧太硬,实地观看韩国baja赛车后更换了适当软硬适度的弹簧

感谢大连理工大学梅彦朋提供制作中遇到的问题及其解决方案

IMG_20150827_135447.jpg

baja比赛需要检测的项目车队应该有收到相关的资料,比赛规则和相关资料汽车工程学会的官网没有搜到,这些资料应该找全,仔细研究,分析自己的车子是否符合比赛要求。如果采用了替换方案,需要另外提供哪些支持资料等。我在美国的baja sae网站找到一下载页面,上面什么都有,包括对车队常见的不能通过车检的项目的分析和提示,还有评委实际在填的评定表,设计报告的word格式模板等,相当详细专业。不知道对国内的比赛是不是完全参照这一标准,如果一致,通过车检不是一件很复杂的事。

越野比赛车子的通过性需要考虑,还有轮胎大小,速比扭矩,摆臂行程等,因此在车子设计之前一些部件需要先采购到,至少要先拿到相对详细的外形尺寸,在资源有限的情况下,以上参数的设定通常都是相互妥协的结果。虽然是妥协,但并不是说不可行,以摆臂行程来说,虽然理论上越大越好,在腾空落地的时候优势比较明显,但大行程需要更长的摆臂,这时候摆臂的强度问题就比较突出,后轮还会涉及到半轴球笼的工作角度。因此在钢管车上前后摆臂是有独立的上下限位的,下限位是通过限位带来实现,上限位是通过液压顶杆来实现,从而有效的保护半轴球笼还有减震。

加工过程中遇到的干涉问题几乎很难避免,干涉主要问题就是实物和数模不一致,因此完善的数模是把车做好的第一步,自己设计的不算,外购的所有的部件即使不能把内部结构完全画出来,但是基本的外形尺寸的数模还是需要的。

除了干涉问题还会遇到其他各种各样的工艺问题,材料选用,加工精度,设计不合理等等。有的问题是在装配阶段就可以发现的,比如配合干涉能,或者基本功能实现不了,有的需要测试才能暴露出来,比如我们之前车子前立柱轴会断裂的问题是车子出了几批之后才发现改善的。

聊的几支车队都表示现在的车子还有不少需要改进的地方,不管是制作工艺还是车身结构的设计,以后的baja比赛应该会更有看头。

B8.2 Lateral Space
Minimum space is based on clearances between the driver and a straight edge applied to any two points on the roll cage; an example is shown. The driver’s helmet shall have 152 mm (6 in.) clearance, while the driver’s shoulders, torso, hips, thighs, knees, arms, elbows, and hands shall have 76 mm (3 in.) clearance. Clearances are relative to any driver selected at technical inspection, seated in a normal driving position, and wearing all required equipment.
For any member to be a part of the roll cage, that member must conform to B8.3.1, otherwise it is assumed to have no contribution (a-arms are an example of members which do not conform to B8.3.1). If there are any triangulating members joining the RHO to the vertical members of the Rear Roll Hoop (RRH-B8.3.2), and these triangulating members conform to B8.3.12, then the virtual side surfaces may be extended by an outboard crease over the triangulating members.
The driver’s helmet shall have 152 mm (6 in.) clearance to the side surfaces.
The driver’s shoulders, torso, hips, thighs, knees, arms, elbows, and hands shall have 76 mm (3 in.) clearance to the side surfaces.
B8.2.1 Vertical Space
The driver’s helmet shall have 152 mm (6 in.) clearance from any two points among those members that make up to top of the roll cage. These members are: the RHO members (exclusive of any covering or padding); the RRH upper, LC;
2015 BAJA rules

还有在比赛的时候拍的一些照片,一并放上来,其实就是为了说明防滚架不需要做那么高,上面是baja sae 2015的规则书,车手穿上符合比赛要求的赛车服,带上头盔坐进赛车后,头盔据车子顶部和侧面的距离不小于6寸(152mm),肩膀,腿部,手臂等部位有3寸(76mm)的空间。实际看下来只有非常少的几台赛车做到了这一点,多数赛车的内部空间都偏高,或者说座椅的坐姿偏低,头顶上的空间没有充分利用。

IMG_20150827_162206.jpg

IMG_20150827_162441.jpg

IMG_20150827_163713.jpg

08号赛车,哈工大威海校区,头部空间设计相对合理,下面这张图片左右两台车的对比更能说明问题。

IMG_20150827_163211.jpg

IMG_20150827_164236.jpg

IMG_20150827_164243.jpg

IMG_20150827_164253.jpg

IMG_20150827_164310.jpg

25号赛车,座椅坐姿比较高,虽然有中心偏高的问题,但是车手在耐久赛中应该会更舒服些

IMG_20150827_164409.jpg

IMG_20150827_164425.jpg

IMG_20150827_164554.jpg

IMG_20150827_164601.jpg

P50827-165651.jpg

18号赛车,北华大学,设计最紧凑的一台赛车,车手实际是蹲在里面开车,注意看车手的膝盖位置。

P50828-093847.jpg