桁架式赛车车架的车手座舱的制作方法

本实用新型涉及一种桁架式赛车车架的车手座舱。

背景技术：

赛车车架的车手座舱需要为车手提供舒适的驾驶空间，同时也要保证车手的安全。本车架座舱采用30CrMo钢管件以氩弧焊焊接成空间桁架结构，以侧面投影为点对点三角结构的形式来保证车架载荷传递回路，使得车架结构设计合理可靠。

目前，现有的车架座舱结构尚不完善，在美学、成本、人机工程学、工艺性和可靠性等发面存在不足，比如由于结构设计不够合理，座舱单元使用过多，造成前舱质量和成本增加，影响车手的视野，同时影响整车设计的美观性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种在符合赛车规则与保证车手安全的前提下尽量减轻车架重量。再通过ansys仿真软件来进行车架的力学性能的分析，来保证车架的强度与刚度的桁架式赛车车架的车手座舱。

本实用新型所述的桁架式赛车车架的车手座舱，其特征在于：包括作为主支撑的主环、用于安装座椅的舱底底架、用于前部支撑的前环以及用于安装电池的电池箱组件，所述主环的底部安装舱底底架，所述舱底底架的前、后部分别安装前环和主环，且主环和前环均垂直布置；所述主环的两侧各设有一套用于安装电池的电池箱组件；

所述主环包括倒V型杆、主环底杆、头枕安装杆以及肩带安装杆，所述倒V型杆的底部两端与所述主环底杆的两端固接，共同围成处于同一垂面上的第一封闭环；所述头枕安装杆、肩带安装杆从上到下水平安装在所述倒V型杆上；

所述前环包括底部带缺口的多边形、前环底杆以及转向安装杆，多边形结构的底部两端分别与所述前环底杆的两端固接，共同围成处于同一垂面上的第二封闭环；所述转向安装杆的两端分别与前环的多边形对应位置固接；

所述电池箱组件包括多边形底部封闭环、多边形顶部封闭环、电池箱竖直杆和控制器保护斜杆，所述多边形底部封闭环的边数大于所述多边形顶部封闭环的边数，并且多边形底部封闭环通过其部分相对顶点之间的电池箱底部支撑杆分成若干三角形；所述电池箱竖直杆的顶端与置于其上的多边形顶部封闭环的顶点固接，所述电池箱竖直杆的底端与多边形底部封闭环的对应的顶点固接，剩余的顶点分别与主环、前环固接；所述多边形顶部密封环所述多边形顶部封闭环的部分顶点与所述多边形底部封闭环的部分顶点之间连接电池箱支撑杆，形成三角形结构；

所述舱底底架包括底部横杆和座椅安装杆，所述底部横杆的两端分别与同侧的多边形底部封闭环其中一个顶点固接，所述底部横杆、两侧的多边形底部封闭环其中一条内边以及主环底杆围成对称的四边形结构，并且四边形结构的各个边上对应选取相应的节点，相邻的两节点之间通过座椅安装杆相连，形成座椅安装区。

所述前环底杆、所述底部横杆以及所述主环底杆的长度递增，所述底部横杆以及所述主环底杆位于同一水平面上，而前环底杆所在水平面位于主环底杆所在水平面之上，前环、主环以及两侧的电池箱组件围成的四边形结构为梯形，并且前环、主环以及两侧的电池箱组件的其中两条内边在水平面上的投影为梯形。

所述前环为正六边形结构，六边形环的缺口处第一端为第一顶点，以逆时针方向依次命名为第二顶点、第三顶点，...，第六顶点。

所述倒V型杆分成顶部的圆弧段、中部的直杆段以及底部的平行段，所述倒V型杆的平行段与倒V型杆的中心轴平行。

所述多边形底部封闭环为六边形，所述多边形顶部封闭环为五边形，其中所述多边形底部封闭环的三条内边向内凹陷形成两端的顶点分别向内侧弯曲的六边形结构，形成一个前端顶点、一个后端顶点、两个外凸顶点以及两个内凹顶点；所述多边形底部封闭环的两条内边向内凹陷形成两端的顶点分别向内侧弯曲的五边形结构，形成一个前端顶点、一端后端顶点、两个外凸顶点以及一个内凹顶点；所述多边形顶部封闭环的前端顶点、所述多边形底部封闭环的前端顶点分别与前环的多边形同侧上下顶点固接；多边形顶部封闭环的内凹顶点、多边形底部封闭环的其中一内凹顶点与所述倒V型杆的平行段的两端固接。

所述多边形顶部封闭环由电池箱顶部前连接杆、顶部侧边防撞杆、控制器保护上横杆、电池箱顶部后连接杆以及电池箱顶杆首尾顺利相连围成的五边形结构，其中顶部侧边防撞杆位于电池箱顶杆内侧，电池箱顶部前连接杆的前端、电池箱顶杆的前端同时与前环的多边形同侧的第二顶点固接。

所述多边形底部封闭环为由第一电池箱底部前连接杆、电池箱底杆、电池箱底部后连接杆、控制器保护下横杆、底部侧壁防撞杆和第二电池箱底部前连接杆首尾顺次相接围成的六边形，其中底部侧边防撞杆位于电池箱底杆内侧，所述多边形底部封闭环的两个外凸顶点、两个内凹顶点位于同一水平面上，所述多边形底部封闭环的前、后顶点与多边形底部封闭环相邻的外凸顶点、内凹顶点所在的平面与水平面夹角为锐角。

所述多边形底部封闭环外凸顶点与相邻的所述多边形底部封闭环内凹顶点之间各连接一根电池箱底部连杆，其中一个外凸顶点与相对的内凹顶点之间连接一根电池箱底部支撑杆。

车架座舱设计的名词说明：

前环——位于车手双腿之上，接近方向盘的防滚架。(由一根完整的钢管弯曲而成)

主环——位于车手旁边或是身后的一个防滚架。(由一根完整的钢管弯曲而成)

防滚架支撑的支持结构——从前环支承的末端引出到前环上的结构。

侧边防撞区域——从座舱底板上表面到离地350mm(13.8英寸)，从前环到主环间的车辆侧面区域。

点对点三角结构——将车架布置投影到一个面上，在此平面内施加一个任意方向的载荷到任意节点。

车架单元——最短的未切割的、连续的单个管件。

本实用新型的有益效果是：在符合赛车规则与保证车手安全的前提下尽量减轻车架重量。再通过ansys仿真软件来进行车架的力学性能的分析，来保证车架的强度与刚度。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是本实用新型的底部结构图。

图3是本实用新型的侧面结构图。

图4是本实用新型的前环结构图。

图5是本实用新型的主环结构图。

图6是本实用新型的主环与前环对应位置示意图。

图7是本实用新型的舱底底架结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

实施例1本实用新型所述的桁架式赛车车架的车手座舱，包括作为主支撑的主环1、用于安装座椅的舱底底架2、用于前部支撑的前环3以及用于安装电池的电池箱组件4，所述主环的底部安装舱底底架，所述舱底底架的前、后部分别安装前环和主环，且主环和前环均垂直布置；所述主环的两侧各设有一套用于安装电池的电池箱组件；

所述主环1包括倒V型杆11、主环底杆12、头枕安装杆13以及肩带安装杆14，所述倒V型杆的底部两端与所述主环底杆的两端固接，共同围成处于同一垂面上的第一封闭环；所述头枕安装杆13、肩带安装杆14从上到下水平安装在所述倒V型杆11上；

所述前环3包括底部带缺口的多边形31、前环底杆32以及转向安装杆33，多边形31的底部两端分别与所述前环底杆32的两端固接，共同围成处于同一垂面上的第二封闭环；所述转向安装杆33的两端分别与前环的多边形31对应位置固接；

所述电池箱组件4包括多边形底部封闭环41、多边形顶部封闭环42、电池箱竖直杆43和控制器保护斜杆45，所述多边形底部封闭环41的边数大于所述多边形顶部封闭环42的边数，并且多边形底部封闭环41通过其部分相对顶点之间的电池箱底部支撑杆46分成若干三角形；所述电池箱竖直杆43的顶端与置于其上的多边形顶部封闭环42的顶点固接，所述电池箱竖直杆43的底端与多边形底部封闭环41的对应的顶点固接，剩余的顶点分别与主环1、前环3固接；所述多边形顶部密封环42的部分顶点与所述多边形底部封闭环41的部分顶点之间连接电池箱支撑杆46，形成三角形结构；

所述舱底底架2包括底部横杆21和座椅安装杆22，所述底部横杆21的两端分别与同侧的多边形底部封闭环41其中一个顶点固接，所述底部横杆、两侧的多边形底部封闭环41其中一条内边以及主环底杆12围成对称的四边形结构，并且四边形结构的各个边上对应选取相应的节点，相邻的两节点之间通过座椅安装杆22相连，形成座椅安装区。

所述前环底杆32、所述底部横杆21以及所述主环底杆12的长度递增，所述底部横杆以及所述主环底杆位于同一水平面上，而前环底杆32所在水平面位于主环底杆12所在水平面之上，前环3、主环1以及两侧的电池箱组件4围成的四边形结构为梯形，并且前环3、主环1以及两侧的电池箱组件4的其中两条内边在水平面上的投影为梯形。

所述前环3为正六边形结构，六边形环的缺口处第一端为第一顶点，以逆时针方向依次命名为第二顶点、第三顶点，...，第六顶点。

所述倒V型杆11分成顶部的圆弧段、中部的直杆段以及底部的平行段，所述倒V型杆11的平行段与倒V型杆的中心轴平行。

所述多边形底部封闭环41为六边形，所述多边形顶部封闭环42为五边形，其中所述多边形底部封闭环的三条内边向内凹陷形成两端的顶点分别向内侧弯曲的六边形结构，形成一个前端顶点、一个后端顶点、两个外凸顶点以及两个内凹顶点，依次标记为A、B、C、D、E、F；所述多边形底部封闭环的两条内边向内凹陷形成两端的顶点分别向内侧弯曲的五边形结构，形成一个前端顶点、一端后端顶点、两个外凸顶点以及一个内凹顶点，依次标记为a、b、c、d、e；所述多边形顶部封闭环的前端顶点、所述多边形底部封闭环的前端顶点分别与前环的多边形同侧上下顶点固接；多边形顶部封闭环的内凹顶点、多边形底部封闭环的其中一内凹顶点与所述倒V型杆的平行段的两端固接。

所述多边形顶部封闭环42由电池箱顶部前连接杆421、顶部侧边防撞杆422、控制器保护上横杆423、电池箱顶部后连接杆424以及电池箱顶杆425首尾顺利相连围成的五边形结构，其中顶部侧边防撞杆位于电池箱顶杆内侧，电池箱顶部前连接杆的前端、电池箱顶杆的前端同时与前环的多边形同侧的第二顶点固接。

所述多边形底部封闭环41为由第一电池箱底部前连接杆411、电池箱底杆412、电池箱底部后连接杆413、控制器保护下横杆414、底部侧壁防撞杆415和第二电池箱底部前连接杆416首尾顺次相接围成的六边形，其中底部侧边防撞杆位于电池箱底杆内侧，所述多边形底部封闭环的两个外凸顶点、两个内凹顶点位于同一水平面上，所述多边形底部封闭环的前、后顶点与多边形底部封闭环相邻的外凸顶点、内凹顶点所在的平面与水平面夹角为锐角。

所述多边形底部封闭环41外凸顶点与相邻的所述多边形底部封闭环41内凹顶点之间各连接一根电池箱底部连杆47，其中一个外凸顶点与相对的内凹顶点之间连接一根电池箱底部支撑杆48。

车架前舱管件尺寸与颜色说明：外径*管厚(mm*mm)：基于比赛规则的约束，我们选择了一下的30CrMo钢管件尺寸：主环的倒V型杆前环的多边形和肩带安装杆的尺寸：25.4*2.4；顶部侧边防撞杆、电池箱顶杆、电池箱底杆、底部侧壁防撞杆和电池箱支撑杆的尺寸为：25.4*1.6；控制器保护上横杆、控制器保护下横杆、电池箱底部支撑杆、电池箱底部连杆尺寸为：25.4*1.2；电池箱竖直杆、电池箱底部后连接杆、电池箱顶部后连接杆、主环底杆和前环底杆的尺寸为：25.4*1.0；座椅安装杆、与多边形顶部封闭环两个外凸顶点相连的电池箱支撑杆尺寸：20.0*1.0。

车架座舱尺寸的确定需要和座舱上的其它系统进行协调配合，并要符合中国大学生电动方程式大赛的规则。而座舱的主体结构决定座舱的大致形状，故而对其进行框架尺寸说明。

前环尺寸：在符合规则的前提下，并通过人机工程试验台进行车手驾驶视野实测模拟和整车外观考虑，再加以协调悬架减震器的位置，我们确定了前环尺寸。主环尺寸：出于对车手头枕位置和肩带安装杆的位置考虑，在规则基础上，我们通过人机工程试验台确定了相应的尺寸。前环和主环之间的间距尺寸：根据车手体型和人机工程试验台的结果确定。侧边防撞区域中，底部侧边防撞杆采用两根25.4mm×1.6mm钢管焊接组合，并用两根25.4mm×1.6mm管件与底部侧边防撞杆的焊接点相连，构成中间的侧边防撞杆，从而使得座舱底部有一定的倾斜角，降低了座椅的高度和整车的重心。座舱底部中间焊接一根20mm×1mm的横杆，底部采用四根20.0mm×1mm钢管构成一个菱形，用来安装座椅。主环中间两根横杆，其中25.4mm×2.4mm的用来安装肩带，14.0mm×2.0mm的用来安装头枕。车架两边增加了两个电池箱用来放置电池。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。