FSAE项目驾控布局及踏板装置逆向工程研究

发布时间：2020-05-14 09:09

【摘要】：FSAE赛车项目是一个综合性的设计制造工程,可以锻炼参赛人员实际解决问题的能力,培养适合社会和企业需求的专业人才,近年来,FSAE赛车项目得到了越来越多高校的重视和参与。有些高校缺少赛车设计制造经验,或者想要学习国内外更加先进的赛车设计理念,而运用逆向工程技术可以获取车身结构、空间及造型等方面的三维数据,根据设计要求进行再设计,从而提高设计效率和降低研发成本,得到更加优秀的赛车作品。因此研究逆向工程技术在FSAE项目中的应用具有十分重要的意义。本课题主要针对FSAE赛车驾驶空间布局及踏板控制装置进行逆向工程研究,首先确定了适合的表面测量技术,并制定了三维测量方案,通过光学三维扫描仪获取制动踏板的表面数据,经过逆向工程技术获得了其三维实体模型;其次,按照同样技术手段实现了车架的逆向建模,并对车架进行再设计,减轻了车架重量,提升了赛车加速性能;然后对赛车的驾控布局进行设计和验证,并对车身造型进行设计改进;最后利用有限元技术分析和验证了车架的强度,利用快速成型技术完成踏板装置和车架的3D打印模型,验证了设计的合理性。具体的研究内容如下:1.分析比较了不同的三维测量技术,重点讨论了三坐标测量技术和光学三维测量技术的原理和特点,最终选择光学三维测量技术作为点云数据的获取方法,并制定了三维测量方案,最终获取了 FSAE赛车踏板装置的初始点云数据。2.利用Geomagic Wrap软件对制动踏板的初始点云数据进行处理,通过渲染、滤除噪声点、多视角点云的拼接、数据补缺和封装等操作,得到了处理后的点云数据模型,然后将其导入Geomagic DesignX软件进行制动踏板的逆向建模,最终得到了基于特征的逆向工程CAD模型。3.结合中国大学生方程式大赛规则要求和人机工程学原理,对车架进行再设计,减轻了车架重量,有助于提升赛车性能。然后对赛车的驾控布局进行设计并导入人体模型,验证了驾控布局设计的合理性。最后对原有车身造型方案进行了设计改进。4.利用Ansys有限元分析软件,完成材料定义、单元类型选择和划分网格等前处理环节,并对弯曲工况下的车架强度进行仿真分析,验证了车架强度满足设计要求。最后利用快速成型技术得到了车架及踏板装置的3D打印模型,也验证设计的合理性。
【图文】：

表面形状,坐标测量仪,三坐标测量仪,测头

量仪己经广泛应用于机械制造业、电子工业、汽车业和航空航天业等领域。逡逑图２－２二坐标测量仪及测量方法逡逑主机、测头、电气系统和软件系统是三坐标测量仪的基本组成部分。具体结构如图２－２逡逑所示。将基本几何元素转化为点集的坐标位置是其基本工作过程，工程软件会将获得的坐逡逑标位置按照设定准则计算出这些元素的外形、大小或位置等信息。基于坐标测量原理，只逡逑要测头能够接触到位置，都可以测出它的几何尺寸和相互位置关系，适用于任何复杂的几逡逑何表面形状。逡逑很多的部件影响三坐标的精度，而测头接近零件能力很大程度上是三坐标精度的重要逡逑影响因素，在精度指标相同的情况下，测头端部的长度Ｌ与直径Ｄ的比Ｌ／Ｄ是长径比，长逡逑径比越大性能越好。目前有模拟式和触发式两种触头，触发式测头利用机械定位机构，在逡逑测杆和工件表面接触时，重复性非常高的电气信号在测头接触面上产生，而模拟测头采用逡逑固态传感器技术

三角测量原理,光栅投影,夹角,光线

逦１３逡逑息［４３］。三角法测量法是光学三维测量技术应用最多的技术。其原理如图２－４所示。点０逡逑是投影仪镜头的光心，点Ｒ是相机镜头的光心，Ｒ０的长度为Ｌ，Ｑ是被测物体上的一点，逡逑线０Ｑ与平面ＸＯＺ的夹角为（ｐ。线０Ｑ在平面ＸＯＺ上的投影０Ｑ＇同０Ｘ的夹角为ａ，线０Ｑ和ＯＲ逡逑的夹角为％，相机的光轴０又与线Ｒ０的夹角为ｂ？，线ＲＱ与平面ＸＲＺ的夹角Ｓｅｘ，相机的逡逑焦距０．Ｒ用ｆ表示＃４６］。逡逑Ｐ邋ｍ，ｎ）逡逑Ｙｃ邋ＣＣＤ靶面逡逑图２－４三角测量原理图逡逑光线叫在Ｘ０Ｚ平面上的投影ＲＱ？与线ＯＲ的夹角为ｂ，，光栅投影仪的水平投射角设为逡逑２ａ，垂直投射角设为２ｃｐ，相机的水平视角为２邋ｂ，，垂直方向上的视角为２邋ｅ：，被测物上的逡逑三维点投射在ＣＣＤ靶面上的坐标为（ｍ，ｎ），，ＣＣＤ的像素为（２Ｎ＋１）邋＊（２Ｍ＋１），则Ｘｃ和Ｙｃ逡逑满足公式３－１和３－２：逡逑（３－１）逡逑（３－２）逡逑焦距ｆ的关系式：逡逑（３－３）逡逑公式３－３中ｍ、ｎ的范围分别是［－Ｍ
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.696

【参考文献】