一种轻量化方程式赛车链传动系统

1.本实用新型涉及方程式赛车技术领域，具体地说是一种轻量化方程式赛车链传动系统。


背景技术：

2.中国大学生方程式汽车大赛(简称“中国fsc”)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、转弯等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够适应高强度、高难度、多变的比赛环境，能够顺利地完成全部或部分比赛环节。
3.在方程式赛车中，不做轻量化设计的赛车，会带来更高的油耗或着电池损耗，会加大制动器的损耗，同时会因为传动系统重量大引起车的不平衡，影响赛车的操纵稳定性。
4.反之，更轻重量的赛车会带来更好的操控性，发动机，电动机输出的动力能够使赛车具备更高的加速度，同时制动时制动距离也会更短。汽车轻量化材料技术在降低传统汽车油耗或提高电动车续航能力、降低尾气排放、提高续航里程、提高汽车操纵性和安全性等方面都具备有显著的优势。
5.另外的，由于链传动能够保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，有效减少轴承的摩擦损失，因此，目前大学生方程式赛车采用的主要传动方式为链传动，其中链传动中链轮是大学生方程式赛车的主减速器的主要组成部分，在较大载荷的工况下实现动力的传递，现有的方程式赛车传动链结构中对于轻量化的设计不够完善，导致赛车性能无法发挥到最佳性能。


技术实现要素：

6.本实用新型解决的问题是，为了克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种轻量化方程式赛车链传动系统，传动稳定，结构合理，重量轻。
7.为解决上述问题，本实用新型提供一种轻量化方程式赛车链传动系统，它包括大链轮、小链轮以及链条，所述链条的两端分别配合在所述大链轮、小链轮的外部，所述大链轮的径向外端开设有多个延其周向均匀分布的扇形减重孔，且各所述扇形减重孔的圆心与所述大链轮的圆心重合；所述大链轮上位于任意两个相邻的扇形减重孔之间还开设有第一减重孔，所述大链轮的径向内端且位于任意两个所述第一减重孔之间还设有第二减重孔，且所述第一减重孔、第二减重孔均为三角形结构。
8.本实用新型的轻量化方程式赛车链传动系统与现有技术相比具有以下优点：
9.本实用新型的轻量化方程式赛车链传动系统结构，通过对大链轮进行合理化减重设计，即在大链轮上开设多种不同类型的减重孔，在满足结构性能的同时，最大限度的减轻传动链结构的重量；另外的，上述结构中，由于大链轮的径向最外端是与链条配合，在传动链高速运转过程中会产生大量的摩擦热，如果热量不能及时散发出去会影响传动链的传动
效果，进而直接影响赛车的运行速度，本实用新型中采用的扇形结构减重孔，增加了周向的线性散热面积，有效增加散热效果，提升传动链的使用寿命。
10.作为改进的，所述第一减重孔的形状为等边三角形，且所述第一减重孔的两侧边分别与相邻两个扇形减重孔的两侧边平行；所述第二减重孔的形状为等腰三角形，且所述第二减重孔的两条等腰侧边分别与相邻两个第一减重孔的底边平行。上述改进结构中，第一减重孔与第二减重孔选用的面积不同，在实现轻量化的同时，最大限度的保证大链轮的强度性能。
11.再改进的，所述扇形减重孔、第一减重孔以及第二减重孔面积依次减小。上述改进结构中，将多种不同形状的减重孔沿径向从外而内面积依次减小，保证其中间位置与差速器连接处的结构强度，并且最外侧面积大，散热效果好。
12.再改进的，多个所述扇形减重孔、第一减重孔以及第二减重孔中，任意两个同一形状且相邻的减重孔之间的夹角α为72
°±1°
。
13.再改进的，所述大链轮的材质为7075-t6铝合金，且所述大链轮的表面采用硬质阳极氧化处理。上述改进结构中，大链轮采用密度相对较小的铝合金材质，在满足强度性能的同时，减轻重量。
14.再改进的，所述小链轮材质为40cr，且所述小链轮的齿面采用高频淬火处理。上述结构中，由于小链轮体积较小，将其采用40cr材质，能够充分保证其结构强度。
15.再改进的，所述大链轮与所述小链轮的传动比为3.54～3.91。
16.上述描述中部分结构性能优点在具体实施例中有详细说明。
附图说明
17.图1为本实用新型的轻量化方程式赛车链传动系统的结构示意图；
18.图2为本实用新型中的大链轮的结构示意图；
19.图3为本实用新型的链传动系统在运行过程中作用在大链轮上的应力情况仿真模拟图；
20.图4为本实用新型中的链传动系统在运行过程中作用在大链轮上的变形情况仿真模拟图；
21.图5为本实用新型中的链传动系统在不同传动比时赛车的行驶加速曲线图。
22.附图标记说明：
23.1、大链轮；1.1、扇形减重孔；1.2、第一减重孔；1.3、第二减重孔； 2、小链轮；3、链条。
具体实施方式
24.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
25.如图1、2所示，本实用新型提供了一种轻量化方程式赛车链传动系统，它包括大链轮1、小链轮2以及链条3，且链条3的两端分别配合在大链轮 1、小链轮2的外部，以形成完整的传动链结构。另外的，为了实现传动链结构的轻量化要求，此结构中在大链1的径向外端开设有多个延其周向均匀分布的扇形减重孔1.1，且各扇形减重孔1.1的圆心与大链轮1的
圆心重合；另外的，在大链轮1上位于任意两个相邻的扇形减重孔1.1之间还开设有第一减重孔1.2，大链轮1的径向内端且位于任意两个第一减重孔1.2 之间还设有第二减重孔1.3，且第一减重孔1.2、第二减重孔1.3均为三角形结构。更加具体的，第一减重孔1.2的形状为等边三角形，且第一减重孔的其中两条侧边分别与相邻两个扇形减重孔的两侧边平行；第二减重孔 1.3的形状为等腰三角形，且第二减重孔的两条等腰侧边分别与相邻两个第一减重孔的第三条边(底边)平行。
26.上述结构中，多个扇形减重孔1.1、多个第一减重孔1.2以及多个第二减重孔1.3均绕着大链轮1的旋转轴线呈圆形阵列设置，并且任意两个同一形状且相邻的减重孔之间的夹角α为72
°±1°
；各个减重孔的转角都为5mm的倒圆角，在实现减重的同时能够确保大链轮1的结构强度。
27.表1-大链轮优化前后的重量以及相应的应力情况
[0028] 质量(kg)最大应力(mpa)安全系数未作轻量设计0.9891203.79优化后0.495298.171.53
[0029]
如图3以及表1所示，为大链轮1在开设上述各种减重孔后，重量减轻了一半，并且将其与小链轮2、链条3组装模拟运行时的应力集中情况，图中可以看出最大应力点出现在大链轮1上端，即与链条3配装的位置；并且从图4中可以看出，在此最大应力298.17mpa作用下，大链轮1的最大变形为0.548，在材料的可靠范围内；并且大链轮1的变形处也是主要集中在与链条3配装的位置，说明本实施例中的大链轮1并没有因为在设置上述的减重孔后而出现明显的变形，即完全能够具备相应的结构强度性能。
[0030]
表2-不同位置载荷下的分析结果
[0031]
载荷相对转动度数最大应力(mpa)最大变形(mm)安全系数0
°
298.170.5481.5360
°
287.110.5191.58120
°
291.550.5371.56180
°
296.050.5441.54240
°
268.530.4671.69300
°
287.180.5181.58
[0032]
另外的，从图4以及表2中还可以看出通过改变施加在链轮上载荷作用的位置模拟传动链在转动过程中的受力情况，得到以下结果。由表2中的数据可知，大链轮1的应力相比于数据的平均数，变化幅度不超过10％，且最大应力为298.17mpa，最大变形量为0.548，在材料的可靠范围内。
[0033]
再一方面的，本实施例中，为了进一步的优化大链轮1的轻量化性能，大链轮1的材质为7075-t6铝合金，且大链轮1的表面采用硬质阳极氧化处理。对应的，由于小链轮2体积较小，为了充分保证其结构强度，小链轮2材质为40cr，且小链轮2的齿面采用高频淬火处理。
[0034]
表3-不同齿数从动链轮分析结果表
[0035][0036]
参看图5以及表3可以看出，方程式赛车中，根据比赛经验可知加速性能比极限速度更重要，大链轮1与小链轮2的传动比为3.54～3.91。因此综合考虑，传动比为3.91时，赛车整体的加速性能更好。因此取大链轮1 齿数选择43，小链轮2齿数选择11。
[0037]
虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。