Введение 4
1 Состояние вопроса 7
1.1 Особенности подвески болида «Формула Студент» согласно действующего регламента 7
1.2 Существующие конструкции и типы подвесок команд-участников проекта «Формула студент» 9
1.3 Существующие подходы к изготовлению подвесок болидов класса «Формула студент» 16
2 Теоретические аспекты влияния геометрических параметров автомобиля на управляемость 21
2.1 Анализ влияния общих параметров автомобиля на управляемость 21
2.2 Анализ влияния конструкции переднего кулака на управляемость автомобиля 34
2.3 Анализ влияния конструкции рычагов передней подвески на управляемость автомобиля 40
2.4 Анализ влияния конструкции задней подвески на управляемость автомобиля 43
3. Исследование влияния упругих характеристик подвески болида класса «Формула студент» на управляемость автомобиля 49
3.1 Что такое упругие характеристики подвески автомобиля 49
3.2 Влияние жесткости подвески на управляемость болида 51
3.3 Исследование влияния иных упругих характеристик подвески 56
4 Расчет точек передней и задней подвесок болида в программе Lotus Suspension. Сравнение разных конфигураций 60
4.1 Описание программы Lotus Suspension Analysis и работы в ней 60
4.2 Расчет точек передней и задней подвесок 63
4.3 Сравнение разных конфигураций подвесок 65
5 Практическая реализация на болиде класса «Формула студент» 71
5.1 Разработка конструкции подвески и оборудования для ее изготовления. Изготовление подвески 71
5.2 Практическое использование результатов расчетов 78
Заключение 84
Список используемых источников 86
В связи с постоянным развитием и усовершенствованием машиностроительной промышленности в мире обучение инженеров в сфере автомобилестроения из года в год не теряет своей актуальности. Эти профессии востребованы повсеместно. Тем не менее, воспитание по- настоящему квалифицированного инженера требует не только грамотного учебного плана и желания самого студента стать высококвалифицированным специалистом, но и постоянного обновления и актуализации учебных программ в соответствии с современными трендами, технологиями и нуждами будущих работодателей. Наиболее эффективно все знания приобретаются при постоянном практическом их применении в работе.
Одним из эффективных способов получения таких знаний является проект «Формула Студент». Проект «Формула Студент» (англ. «Formula Student») - это международные инженерно-спортивные соревнования, участниками которых могут стать только студенты ВУЗов. Соревнования проводятся ежегодно, первые соревнования были проведены в 1978 году. Второе название «Формулы Студент» - Formula SAE, так как первые соревнования были организованы Ассоциацией Автомобильных Инженеров (англ. Society of Automotive Engineers, SAE).
Цель соревнований - создать автомобиль, соответствующий действующему регламенту, который обновляется каждый год. Обновления регламента как ужесточают некоторые требования, так и делают их мягче, позволяя командам проявить свои навыки, используя более эффективные решения. Команда в праве получать советы и рекомендации квалифицированных специалистов, но все узлы и детали автомобиля должны быть спроектированы и созданы силами студентов. Структура соревнований и система оценки учитывает не только и не столько способность пилотов, которые так же являются студентами, управлять болидом и показывать результаты на гоночном треке, сколько инженерные навыки, которые команда продемонстрировала на этапе проектирования болида. Все принятые решения команда защищает во время соревнований на дисциплине «Защита конструкции» (англ. Design Report). Для судейства этой дисциплины как правило приглашаются инженеры ведущих компаний-автопроизводителей: BMW, Dallara, Mercedes, Ferrari. Получение хорошей оценки в этой дисциплине требует от участников не только применение эффективных и оригинальных решений на этапе проектирования болида, но и понимания того, почему это решение было эффективным и как можно повысить эффективность болида в будущем.
Таким образом, негласной задачей соревнования является совершенствование студентом инженерных навыков. Что в свою очередь при участии в проекте достаточно длительное время сделает студента квалифицированным специалистом в той области, которую он выберет в качестве основной при работе над проектом. Развитию студента в качестве инженера так же способствуют общение с представителями ВУЗов из других стран, команды которых достигли больших успехов в проекте, общение с судьями и представителями ведущих инженерных компаний со всего мира во время соревнований. В рамках проекта проводятся форумы, лекции и образовательные курсы по машиностроению, которые проводят ведущие специалисты компаний в сфере автомобилестроения.
Многие студенты-бакалавры, которые участвуют в проекте выбирают в качестве ВКР свою деятельность в проекте. В ВКР студенты отражают те навыки и знания, которые они получили во время работы над болидом.
Одной из самых важных систем любого автомобиля можно считать систему подвески. Подвеска автомобиля напрямую отвечает за способность автомобиля двигаться. Кроме того, что эта система должна быть надежной, она должна быть и эффективной, чтобы болид мог показать достойные результаты во время гонки.
Цель данной работы: оптимизировать конструкцию подвески болида «Формула Студент» по критерию управляемости, учитывая достоинства и недостатки конструкций прежних болидов, при этом учесть требование по соответствию конструкции подвески действующему регламенту. Разработать рекомендации по проектированию системы подвески не только для болида «Формула Студент», но и для автомобиля в принципе.
Задачи работы:
1. Изучить требования регламента соревнований, касательно системы подвески болида. Рассмотреть аналоги подвесок болидов "Формула Студент" команд из других ВУЗов.
2. Проанализировать характеристики подвески, которые влияют на управляемость автомобиля.
3. Проанализировать конструкцию подвески в целом и выделить аспекты, которые имеют наибольшее влияние на управляемость.
4. Рассмотреть в качестве инструмента для проектирования системы подвески программу Lotus Suspension Analysis. Провести анализ полученных в процессе проектирования конструкций.
5. Использовать полученную в ходе исследования информацию на практике. Отразить технологический процесс производства системы в целом.
Проектирование подвески автомобиля - очень трудоёмкий и комплексный процесс. При проектировании системы подвески необходимо не только учитывать выходные результаты расчетов, но и коррелировать входные данные с общей компоновкой автомобиля. Только коррелируя концепции шасси, трансмиссии и системы подвески возможно эффективное использование всех систем автомобиля.
При рассмотрении аналогов систем подвески других команд- участников проекта были выделены общие тенденции. Оптимальным вариантом для Тольяттинского государственного университета стала подвеска со стальными рычагами, алюминиевый кулак со стальной сошкой для передней подвески и стальной кулак для задней подвески.
Геометрическая составляющая конструкции передней подвески оказывает более значимое влияние на управляемость, в отличии от геометрии задней подвески. Однако, не стоит пренебрегать задней подвеской, так как ошибка при ее проектировании значительно снизит эффективность работы системы в целом. При проектировании необходимо коррелировать результаты работы с общей компоновкой болида для оптимизации плеча «центр поперечного крена - центр тяжести автомобиля».
При анализе упругих характеристик подвески наиболее значимыми были выделены жесткость подвески и статический прогиб. При проектировании подвески особое внимание стоит уделить именно жесткости подвески и способам влияния на нее. Также немаловажным фактором является увеличение поперечной жесткости без увеличения жесткости каждого отдельного элемента. Стабилизатор поперечной устойчивости требует отдельного внимания. Его жесткость должна быть рассчитана с учетом всех факторов.
При расчете точек крепления подвески и анализе разных разработанных конструкций была выделена лучшая компоновка подвески. Оптимизация изменения углов установки колес в рамках данной концепции шасси приближена к идеальной. Дальнейшая оптимизация конструкции подвески без изменения конструкции рамы болида не позволит достичь результата, принципиально отличающегося от нынешней конструкции.
В рамках работы над проектом полученная конструкция была применена на болиде команды Тольяттинского государственного университета Scorpion G3. Была разработана технологическая оснастка для облегчения технологического процесса изготовления компонентов системы. При проектировании конструкции были учтены вопросы ремонтопригодности и технологичности сборки всей конструкции в целом. Выбранные материалы для изготовления деталей подвески отвечают требованиям регламента соревнований «Формула Студент» и обеспечивают необходимую надежность.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
