基于虛擬樣機技術(shù)的雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)設(shè)計

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 胡凱耀 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程 B05-16 指導(dǎo)教師姓名 楊兆 職稱 助教 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于虛擬樣機技術(shù)的雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 研究現(xiàn)狀：虛擬樣機技術(shù)源于對多系統(tǒng)動力學(xué)研究。虛擬樣機技術(shù)的核心是機械動力學(xué)，動力學(xué)和控制理論。近些年由于三位計算機的圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)的應(yīng)用，虛擬樣機技術(shù)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬樣機技術(shù)的優(yōu)點是，可以把設(shè)計好的零部件和機構(gòu)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中加上實際情況的各種約束條件和激勵實現(xiàn)真實情況的模仿和各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，從而做到降低成本和節(jié)省時間。 隨著懸架系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展，逐漸由被動懸架到半主動懸架再到主動懸架的發(fā)展，雙橫臂獨立懸架已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。雙橫臂獨立懸架擁有上、下兩個橫臂，橫向力由兩個橫臂同時吸收，支柱只承載車身重量，因此橫向剛度大。雙橫臂獨立懸架的上、下兩個橫臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)，前輪轉(zhuǎn)彎時，由于上、下橫臂能吸收輪胎所受的橫向力，加上兩橫臂的橫向剛度較大，所有轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。雙橫臂獨立懸架通常采用上、下不等長橫臂（上短下長），讓車輪在上、下運動時能自動改變外傾角，并且減小輪距的變化達(dá)到減小輪胎的磨損，自動適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好。因此得到了廣泛的應(yīng)用。 目的：基于虛擬樣機技術(shù)的雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)設(shè)計研究的目的就在于運用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行車輛雙橫臂獨立懸架的虛擬設(shè)計，在懸架生產(chǎn)前進(jìn)行設(shè)計和動態(tài)仿真，并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化關(guān)系。在動態(tài)仿真后獲得相關(guān)優(yōu)化數(shù)據(jù)后對產(chǎn)品的設(shè)計缺陷進(jìn)行優(yōu)化，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持。 意義：懸架時現(xiàn)代汽車上的重要總成之一。他把車架和車軸彈性地連接起來。其主要任務(wù)是傳遞車輪和車架之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車架的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性。傳統(tǒng)的懸架設(shè)計過程包括設(shè)計、試驗、優(yōu)化、再試驗等反復(fù)試驗，直到產(chǎn)品合格才進(jìn)行投產(chǎn)，這樣就造成了開發(fā)周期長、開發(fā)成本高。虛擬樣機技術(shù)就是把設(shè)計好的懸架系統(tǒng)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中進(jìn)行動態(tài)仿真，模仿懸架的實際運動情況，找出設(shè)計的不合理地方進(jìn)行修改，不必經(jīng)過反復(fù)試驗，從而大大的縮短了開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高了懸架的設(shè)計質(zhì)量。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內(nèi)容 分析雙橫臂獨立懸架的結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求，在懸架設(shè)計中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，運用Pro/E建立三維物理模型，并在ADAMS軟件平臺上建立雙橫臂獨立懸架模型，進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，通過分析車輪的垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建立虛擬雙橫臂獨立懸架模型。 2、擬解決的主要問題 （1）彈性元件的設(shè)計 對彈性元件的設(shè)計要根據(jù)設(shè)計車型的整車整備質(zhì)量和前后橋質(zhì)量的分配進(jìn)行彈簧剛度的計算； （2）懸架動撓度的確定 根據(jù)汽車滿載時懸架上的質(zhì)量，懸架剛度與懸架允許的最大變形確定動撓度； （3）懸架的裝配 在Pro/E軟件對各已經(jīng)繪制好的零件進(jìn)行裝配成一完整的懸架； （4）應(yīng)用ADAMS對懸架進(jìn)行動態(tài)仿真，并對各參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化。 三、技術(shù)路線（研究方法） 調(diào)研，資料收集 懸架形式的選擇 零件尺寸的計算 設(shè)計完成 Pro/E建模 ADAMS建模與仿真優(yōu)化 不合格 合格 四、進(jìn)度安排 （1）調(diào)研、資料收集，完成開題報告 第4、5周（3月23日～4月5日） （2）雙橫臂獨立懸架的設(shè)計計算 第6、7周 （4月6日~4月19日） （3）應(yīng)用ADAMS進(jìn)行懸架的動力學(xué)仿真分析 第8、9周 （4月20日~5月3日） （4）應(yīng)用Pro/E建立懸架三維實體模型 第10、11周 （5月4日~5月17日） （5）優(yōu)化設(shè)計及運用Pro/E進(jìn)行模型的重新建模 第12、13、14周 （5月18日~6月7日） （6）設(shè)計審核、修改 第15、16周（6月8日～6月21日） （7）畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月22日～6月 28日） 五、參考文獻(xiàn) [1]臧杰，閻巖主編. 汽車構(gòu)造：下冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社2005 [2]陳家瑞主編. 汽車構(gòu)造：下冊[M]. 北京人民交通出版社，2002 [3]王望予主編. 汽車設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [4]劉惟信主編. 汽車設(shè)計[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001 [5]凱得設(shè)計編著. 精通Pro/ENGINEER中文野火版3.0[M] . 北京：中國青年出版社，2007 [6]恒盛杰資訊編著. Pro/ENGINEER從入門到精通[M]. 北京：中國青年出版社，2007 [7]李軍，邤俊文，覃文潔等編. ADAMS實例教程[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2002 [8]唐金松主編. 簡明機械設(shè)計手冊[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000 [9]呂振華，常放，楊道華設(shè)計研究. 利用ADAMS對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行仿真分析[J]. 中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2005 [10]葉明強，王耘，胡樹根設(shè)計計算. 基于虛擬樣機技術(shù)的獨立雙橫臂懸架振動仿真分析與優(yōu)化[J]. 中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2005 [11]劉虹，王其東，湯傳玲設(shè)計研究. 基于ADAMS雙橫臂獨立懸架的運動學(xué)建模與仿真[J]. 中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2006 [12]李增剛編著. ADAMS入門詳解與實例[M]. 北京，國防工業(yè)出版社，2008 [13]Yasuo shimizu ,Toshitake kawai. Development of electric power steering[J] . SAE paper no. 1994 [14]人民交通出版社汽車圖書出版中心編. 汽車典型結(jié)構(gòu)圖冊[M]. 北京：人民交通出版社，2008 [15]成大先主編. 機械設(shè)計手冊—4版[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [16]A.A緬里尼柯夫，烏斯藩斯基著. 汽車懸架設(shè)計[M]. 北京：人民交通出版社，1980 [17]sebulke a the two-mass flywheel-a torsional vibration damper for the power train of passenger carsstate of the art and further technical development (SAE870394)[J].SAE transactions.1987 [18]周松鶴編.工程力學(xué)(教程篇) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [19]鄭建榮編著.ADAMS——虛擬樣機技術(shù)入門與提高[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 懸架裝配圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 懸架分解圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 叉形件 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 轉(zhuǎn)向節(jié) 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 減振器 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 上橫臂 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 下橫臂 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 車輪 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 制動盤 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 螺旋彈簧 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 托盤 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 半軸 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 轉(zhuǎn)向橫拉桿 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 橫向穩(wěn)定桿 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程故學(xué)院 B05-16-15 審核 懸架分解圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 雙橫臂獨立懸架零件結(jié)構(gòu)圖 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級：車輛工程B05-16班 學(xué)生姓名： 胡凱耀 指導(dǎo)教師： 楊 兆 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘 要 本設(shè)計結(jié)合懸架設(shè)計知識，詳細(xì)分析了懸架結(jié)構(gòu)，對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行了設(shè)計計算。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)，在ADAMS/View中對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行合理簡化并建模，并對模型進(jìn)行了參數(shù)化，定制界面，即改變初始參數(shù)就能快速生成不同的懸架模型，提高了仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計的效率，使平臺具有開放性。分析研究了所需優(yōu)化的變量（前輪外傾角、車輪側(cè)滑量）及其函數(shù)表達(dá)式。進(jìn)行了懸架動力學(xué)仿真分析，研究懸架各性能參數(shù)在車輪跳動過程中的變化趨勢，并指出需要改進(jìn)的地方。分析每個設(shè)計變量的變化對樣機性能的影響，提出優(yōu)化設(shè)計的方案。再次進(jìn)行仿真，對比分析了優(yōu)化前后的仿真結(jié)果，并評價了優(yōu)化方案。優(yōu)化后懸架的性能明顯提高，驗證了優(yōu)化方案的可行性，并完成虛擬設(shè)計及試驗。最后運用Pro/E軟件對雙橫臂獨立懸架進(jìn)行實體的建立。 本設(shè)計研究的目的和意義為在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計和試驗仿真，并且提出改進(jìn)意見，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。 關(guān)鍵詞：雙橫獨立臂懸架；仿真；虛擬樣機技術(shù)；ADAMS；Pro/ENGINEER  ABSTRACT On the basis of the Suspension design, this paper calculated a detailed requirements for double wishbone independent suspension structure, I simplified and built a model of double wishbone independent suspension system in ADAMS/View, made the model parameters, then the model was open, and prepared the necessary measuring function. I discussed the performance of the front wheel alignment parameters in a front wheel vehicle positioning. The model was a virtual front suspension test platform. This thesis analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel. The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed, make an optimized design of the program, with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization, the suspension’s key data was generated, the virtual design and test were finished. Finally I used Pro/E for double wishbone independent suspension a modeling. The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle double wishbone independent suspension of the virtual design platform for virtual simulation test, pioneering a more scientific approach for the design and development of double wishbone independent suspension, combining the automobile design theory, resolving problems in the field of kinematics and dynamics, improving the quality of design. This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for China’s auto mobile industry. Keywords : Double Wishbone Independent Suspension System; Simulation; Virtual Prototyping Technology; ADAMS; Pro/ENGINNER  II 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 選題的意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究內(nèi)容和方法 2 1.4 預(yù)期結(jié)果 2 第2章 獨立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 3 2.1 懸架的組成與分類 3 2.1.1 懸架分類 3 2.1.2 懸架組成 4 2.2 獨立雙橫臂懸架 4 2.3 本章小結(jié) 7 第3章 獨立雙橫臂懸架設(shè)計 8 3.1 設(shè)計主要依據(jù)參數(shù) 8 3.1.1 影響平順性參數(shù) 8 3.1.2 阻尼特性 9 3.1.3 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 10 3.2 螺旋彈簧設(shè)計 11 3.3 減振器設(shè)計 14 3.4 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 16 3.4.1 導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計要求 16 3.4.2 導(dǎo)向機構(gòu)的布置參數(shù)設(shè)計 16 3.4.3 雙橫臂獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 18 3.5 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 20 3.5.1 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 20 3.5.2穩(wěn)定桿直徑計算 21 3.5.3穩(wěn)定桿校核 22 3.6叉形件的設(shè)計 23 3.7 輪胎尺寸 24 3.8 半軸初步計算 24 3.9 本章小結(jié) 24 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 25 4.1 仿真軟件ADAMS的介紹 25 4.1.1 ADAMS的簡介 25 4.1.2 ADAMS軟件的優(yōu)點 26 4.2懸架建模關(guān)鍵點的確定 27 4.3在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 29 4.3.1建模 29 4.3.2 定制界面 32 4.4測試懸架模型 34 4.5懸架參數(shù)化 42 4.5.1創(chuàng)建設(shè)計變量 42 4.5.2設(shè)計點參數(shù)化 43 4.5.3實體參數(shù)化 46 4.6 設(shè)計參數(shù)的研究分析 47 4.6.1 參數(shù)化分析方法 47 4.6.2 設(shè)計研究 48 4.6.3優(yōu)化方案 51 4.6.4優(yōu)化結(jié)果 51 4.6.5優(yōu)化結(jié)果的評價 53 4.7本章小結(jié) 53 第5章 懸架實體建模 54 5.1懸架各零件的建模 54 5.1.1螺旋彈簧的建模 54 5.1.2輪胎的繪制 55 5.1.3減振器的創(chuàng)建 59 5.1.4上橫臂的創(chuàng)建 59 5.1.5下橫臂的創(chuàng)建 59 5.1.6制動盤的創(chuàng)建 60 5.1.7轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 60 5.1.8叉形件的創(chuàng)建 60 5.2懸架的裝配 60 5.3本章小結(jié) 62 結(jié) 論 63 參考文獻(xiàn) 64 致　 謝 65 附 錄 66 第1章 緒 論 1.1 選題的意義 本課題研究的目的就在于運用CAD/CAE技術(shù)對車輛雙橫臂獨立式懸架進(jìn)行虛擬設(shè)計，在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計和試驗仿真，并且提出優(yōu)化設(shè)計的意見，獲得分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系。獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持。懸架是車輛重要的組成部分。其主要任務(wù)是傳遞車輪與車架之間的力和力矩，并緩和沖擊、衰減振動。對改善車輛的行駛平順性、減輕車輛自重以及減少對公路的破壞具有重要息義。在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進(jìn)，從設(shè)計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長。運用虛擬樣機技術(shù)，結(jié)合虛擬設(shè)計和虛擬試驗，可以大大簡化懸架系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設(shè)計產(chǎn)品。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬樣機技術(shù)源于對多系統(tǒng)動力學(xué)的研究。虛擬樣機技術(shù)的核心是機械運動學(xué)，動力學(xué)和控制理論。近些年由于三位計算機圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)的應(yīng)用，虛擬樣機技術(shù)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬樣機技術(shù)的優(yōu)點是，可以把設(shè)計好的零部件和機構(gòu)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中加上實際情況的各種約束條件和激勵實現(xiàn)真實情況的模仿和各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計從而做到既降低成本又節(jié)省時間。 隨著懸架系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展，逐漸由被動懸架到半主動懸架再到主動懸架的發(fā)展，雙橫臂獨立懸架已經(jīng)得到了普遍的使用。雙橫臂獨立懸掛擁有上下兩個橫臂，橫向力由兩個橫臂同時吸收，支柱只承載車身重量，因此橫向剛度大。雙橫臂獨立懸掛的上下兩個橫臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)，前輪轉(zhuǎn)彎時，上下兩個橫臂能同時吸收輪胎所受的橫向力，加上兩橫臂的橫向剛度較大，所以轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。?雙橫臂獨立懸掛通常采用上下不等長橫臂（上短下長），讓車輪在上下運動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損，并且能自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好所以得到了廣泛應(yīng)用。綜合上述兩個方面用虛擬技術(shù)來設(shè)計研究懸架的優(yōu)點非常多，因此的到了廣泛的應(yīng)用[4]。 1.3 研究內(nèi)容和方法 分析雙橫臂獨立式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計要求，在懸架設(shè)計中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，在ADAMS軟件平臺上建立雙橫臂獨立懸架的簡化物理模型，進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，通過分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建立虛擬雙橫臂獨立選件模型，并運用Pro/E建立懸架三維物理模型。 其具體路線如框圖1.1所示。 調(diào)研，資料收集 各零件尺寸的計算 懸架結(jié)構(gòu)形式選擇 ADAMS建模、優(yōu)化 不合格 合格 Pro/E建模 設(shè)計完成 圖1.1設(shè)計路線圖 1.4 預(yù)期結(jié)果 設(shè)計完成后應(yīng)提交的文件和圖表。 （1）設(shè)計說明書一份，包括設(shè)計計算部分內(nèi)容； （2）建立雙橫臂獨立懸架的Pro/E物理模型； （3）虛擬軟件ADAMS/View 仿真分析。 第2章 獨立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 2.1 懸架的組成與分類 汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置，不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩沖汽車在不平的路面上行駛時，所產(chǎn)生的振動和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長機件的壽命。懸架主要由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等元件組成。 2.1.1 懸架分類 1、非獨立式懸架 兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相連。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡單，傳力可靠，但是兩輪受沖擊震動時互相影響。當(dāng)汽車行駛在左右傾斜的凸凹面上時，非獨立懸架車輛的車體發(fā)生明顯的傾斜，而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸架的緩沖性能較差，行駛時汽車振動、沖擊較大，該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。 2、獨立式懸架 汽車的每個車輪單獨通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較輕，緩沖與減震能力很強，乘坐舒適，各項指標(biāo)都優(yōu)于非獨立式懸掛，但該懸掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會使驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)雜起來。采用此種懸掛的轎車、客車以及載人車輛，可明顯提高乘坐的舒適性，并且在高速行駛時提高汽車的行駛穩(wěn)定性。而越野車輛、軍用車輛和礦山車輛，在壞路或無路的情況下，可保證全部車輪與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度。 與非獨立懸架相比，獨立懸架具有如下優(yōu)點：（1）非懸架質(zhì)量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；（2）左右車輪的跳動沒有直接的相互影響，可以減少車身的傾斜和振動；（3）占用橫向空間小，便于發(fā)動機的布置，可以降低發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車的質(zhì)心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；（4）易于實現(xiàn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向[4]。 獨立懸架的結(jié)構(gòu)分有橫臂式（圖2.1a）、縱臂式（圖2.1b）、燭式（圖2.1c）、麥弗遜式（圖2.1d）等多種，其中橫臂式又可分為單橫臂式和雙橫臂式[4]。 圖2.1 懸架類型圖 2.1.2 懸架組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有不同的結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機構(gòu)三部分組成。導(dǎo)向機構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架（或車身）隨車輪按照一定的軌跡運動。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。轎車上來講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑的優(yōu)點，但是沒有減振作用。減振器在車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。采用減振器是為了吸收振動，使汽車車身振動迅速衰弱（振幅迅速減?。?，使車身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動，它是懸架機構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對于車架（或車身）有確定的相對運動規(guī)律。 2.2 獨立雙橫臂懸架 雙橫臂式獨立懸架根據(jù)上下橫臂的長度相等于不相等又可分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式。等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可以保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴(yán)重，故已很少使用，多為不等長雙橫臂式懸架所取代。不等長雙橫臂懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補償。因此不等長雙橫臂式獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定行，已為中、高級轎車的前懸架所廣泛采用。 當(dāng)上下橫臂長度之比為時車輪平面傾角應(yīng)不大于。圖2.2為不等長雙橫臂前獨立懸架的兩種典型結(jié)構(gòu)圖[4]。 1，6-下擺臂及上擺臂；2,5-球頭銷；3-半軸等速萬向節(jié)；4-立柱；7，8-緩沖塊 （a）無主銷前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的雙橫臂懸架 1，2-上、下擺臂；3-立柱；4-球頭銷；5-扭桿彈簧；6-橫向穩(wěn)定桿；7-扭桿扭轉(zhuǎn)裝置 （b）無主銷不等長雙橫臂前獨立懸架 圖2.2 懸架圖 雙橫臂懸架的突出優(yōu)點在于設(shè)計的靈活性，可以通過合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運動特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 為了隔離振動和噪聲并補償空間導(dǎo)向機構(gòu)由于上、下橫臂擺動軸線相交帶來的運動干涉，在個鉸接點處一般采用橡膠支承。顯然，各點處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車輪的導(dǎo)向和定位也就越精確。分析表明，為了減小鉸接點處的作用力，應(yīng)盡量增大上、下橫臂間的垂直距離。當(dāng)然，上下橫臂各鉸接點位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運動特性是否合適。 雙橫臂懸架可以采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭桿彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最為常見的為螺旋彈簧。 雙橫臂懸架一般用作轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的請懸架或要求通過性的越野汽車的前、后懸架上圖為雙橫臂懸架用于非驅(qū)動橋前懸架的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)雙橫臂懸架用于前驅(qū)動橋的懸架時，必須在結(jié)構(gòu)給擺動半軸留出位置。一種辦法時將彈簧置于上控制臂上方如圖2.3，這樣做的缺點在于減少了上、下橫臂之間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動直接傳給車身前端。另一種做法時采用專門的叉形構(gòu)件為擺動半軸留出空間。如圖2.4所示[4]。 圖2.3 將減振器至于上控制臂上懸架圖 圖2.4 帶叉形件的懸架安裝圖 結(jié)合上面所述，本次設(shè)計初步選擇運用于前驅(qū)動橋上獨立雙橫懸架，其結(jié)構(gòu)形式選擇采用專門的叉形構(gòu)件為半軸留出空間。 2.3 本章小結(jié) 本章對懸架的基本分類做了一個簡單闡述，對獨立雙橫臂懸架的優(yōu)點進(jìn)行了闡述，對獨立雙橫臂懸架的總體布置形式做了初步的說明，給出了驅(qū)動橋和非驅(qū)動橋雙橫臂懸架的幾種典型的布置形式，并初步選擇完了懸架的類型及導(dǎo)向機構(gòu)的形式。  第3章 獨立雙橫臂懸架設(shè)計 3.1 設(shè)計主要依據(jù)參數(shù) 本次設(shè)計主要是根據(jù)07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動型的前懸架來設(shè)計的，其具體參數(shù)如表3.1。 表3.1 07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動型整體尺寸數(shù)據(jù)表 車身長/寬/高 4670 /1780/1435 軸距 2675 前輪距 1540 后輪距 1540 整車整備質(zhì)量 1386 最小離地間隙 150 輪胎規(guī)格 205/55 懸架系統(tǒng) 前：雙橫臂獨立懸架帶橫向穩(wěn)定桿 后：E型多連桿帶橫向穩(wěn)定桿 最大總質(zhì)量 1666 3.1.1 影響平順性參數(shù) 取懸架質(zhì)量分配系數(shù)=1。 汽車的前后偏頻的計算公式如下： （3.1） 其中g(shù)為重力加速度其值取g=9.8 ,、為前后懸架剛度，Gs1、Gs2為前后懸架的簧載質(zhì)量[4]。 對于一般采用鋼制彈簧的轎車約為、為， 0.85～0.95。 粗取 ，。 在0.85～0.95范圍內(nèi)符合要求。 1、靜撓度計算 （3.2） （3.3） 2、動撓度計算 懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形，一般對于乘用車取70～90、客車50～80、貨車60～90。 由于所選的是馬自達(dá)6屬于乘用車系列,所以取 =70。 對于乘用車與之和應(yīng)不小于160。 （3.4） （3.5） 所以滿足要求。 3.1.2 阻尼特性 當(dāng)汽車懸架僅有彈性元件而無減振器時，汽車懸架質(zhì)量的振動將會延續(xù)很長時間，所以懸架中一定要有減振器的阻尼力。對于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)剡x擇阻尼力才能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用，因此阻尼力的選定很關(guān)鍵[3]。 阻尼力 （3.6） 式中為阻尼力，為減振器阻尼系數(shù)，為減振器活塞相對缸筒的運動速度，常數(shù)、通常在卸荷閥打開=1。 對于一個帶有線性阻尼的減振器可用相對阻尼比來評價。式中cs為彈簧剛度，為懸架部分的質(zhì)量。取=0.4，=0.3。 3.1.3 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 我所參考的時07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動型轎車，該車整車整備質(zhì)量為1386，因此最大總質(zhì)量為M=1386+=1666。 根據(jù)劉惟信版汽車設(shè)計（表3.2）可知簧載質(zhì)量占總質(zhì)量的82%，非簧載質(zhì)量占18% [4]。 因此簧載質(zhì)量=1666×82%=1366。 由于前后懸架質(zhì)量非配系數(shù)=1得==683。 非簧載質(zhì)量 =1666×18%=300 得到單個車輪的非簧載質(zhì)量為300/4=75。由劉惟信版汽車設(shè)計可知對于車用車單個車輪處的非簧載質(zhì)量應(yīng)在50-90間，由此可知上述數(shù)據(jù)滿足要求[4]。 表3.2 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比例關(guān)系 懸架類型 非懸掛質(zhì)量總質(zhì)量 懸掛質(zhì)量總質(zhì)量 懸掛質(zhì)量非懸掛質(zhì)量 非懸掛質(zhì)量懸掛質(zhì)量 雙橫臂，螺旋彈簧，中央制動器 13% 87% 6.7 14.9% DE Dion橋，螺旋彈簧，中央制動器 15% 85% 5.7 17.6% 雙橫臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% 縱臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% DE Dion橋，螺旋彈簧 20% 80% 4.0 25% 整體剛性橋，導(dǎo)向桿系，螺旋彈簧 22% 78% 3.5 28.2% 整體剛性橋，鋼板彈簧 26% 74% 2.8 35.1% 3.2 螺旋彈簧設(shè)計 1、螺旋彈簧類型的選擇 螺旋彈簧形式選擇為兩端碾細(xì)并并緊如圖3.1（b）圖所示，彈簧的材料為有淬火回火硅錳合金彈簧鋼絲[4]。其試驗載荷，，。 圖3.1 彈簧兩端結(jié)構(gòu)圖 2、彈簧剛度計算 （3.7） 因此螺旋彈簧的剛度為45.56。 3、設(shè)計、 （3.8） 初步選擇，。 4、初選彈簧中徑及鋼絲直徑 初選中徑，。 ，取 （3.9） 5、確定， 。 6、計算彈簧有效圈數(shù)和完全并緊高 ， 由于彈簧有效圈數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)，，所以總?cè)?shù)。 表3.3 彈簧總?cè)?shù)計算表 總?cè)?shù)n 完全并緊時的高度Hs 兩端碾細(xì) +2 兩端切斷 +1.33 一端碾細(xì)一端切斷 +1.50 兩端內(nèi)彎 +1.67 一端碾細(xì)一端內(nèi)彎 +1.75 一端切斷 +1.42 7、計算、、和 為彈簧完全并緊時的載荷，為工作壓縮極限位置時的載荷，，為臺架試驗伸張、壓縮極限位置對應(yīng)的載荷。 （3.10） （3.11） （3.12） （3.13） 8、計算剪切應(yīng)力 ， （3.14） （3.15） （3.16） （3.17） 9、校核 （3.18） 所以強度符合要求。 10、壽命計算 （3.19） （3.20） （3.21） 11、彈簧自由高和最小工作高度 取 （3.22） 12、穩(wěn)定性校核 當(dāng)彈簧的自由高與中徑之比小于2.5時彈簧就穩(wěn)定，否則彈簧就不穩(wěn)定[15]。 （3.23） 所以彈簧穩(wěn)定。 3.3 減振器設(shè)計 由于雙筒充氣液力減振器具有工作穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長度短等優(yōu)點，因此在乘用車上得到了越來越多的應(yīng)用。所以選擇的減振器形式為雙筒充氣式液力減振器。 1、相對阻尼系數(shù) 式中為阻力，為減振器阻尼系數(shù)。 圖3.2 減振器的阻力-位移特性與阻力-速度特性 （式中c為懸架剛度，為簧載質(zhì)量） （3.24） 由式3.24可知減振器的阻尼力作用在不同剛度c和簧載質(zhì)量式會產(chǎn)生不同的阻尼效果，值大，振動能衰減的快，同時也會將較大的路面沖擊傳到車身。值小則相反，振動衰減的比較慢，但是傳到車身的沖擊也較小。因此通常取減振器的壓縮行程的值取小些，伸張行程時的取的大些。并保持=（0.25～0.50）的關(guān)系，設(shè)計時取與的平均值，的范圍時～0.35。 初取=0.30。 2、減振器阻尼系數(shù)δ的確定 （3.25） 當(dāng)減振器如3.3[3]圖安裝時，。 圖3.3減振器安裝簡圖 （3.26） 3、最大卸荷力的確定 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達(dá)到一定值時，減振器打開卸荷閥，此時活塞的速度為卸荷速度。 （一般為～，A為車身振幅，取，為懸架固有頻率） （3.27） （3.28） 4、減振器尺寸的確定 由于減振器有尺寸系列所以只要算出工作缸直徑就可以按照標(biāo)準(zhǔn)選擇。 (為工作缸最大允用壓力一般取 3～4 ，為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式一般取0.4～0.5。取) （3.29） 取。 貯油筒直徑取壁厚為,材料為20鋼。 工作缸行程 ，有效行程， 減振器總長。 3.4 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 3.4.1 導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計要求 對前輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求是： （1）懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過，輪距變化大會引起輪胎早期磨損； （2）懸架上載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度； （3）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)； （4）制動時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。 對后輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求是： （1）懸架上載荷變化時，輪距無明顯的變化； （2）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)[3]。 我設(shè)計的是前輪獨立懸架，因此應(yīng)按照前輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計要求來設(shè)計。 3.4.2 導(dǎo)向機構(gòu)的布置參數(shù)設(shè)計 1、側(cè)傾中心 雙橫臂式獨立懸架側(cè)傾中心，可由下圖所示方式得出。將上、下橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動點的連線延長，以便得到極點，并同時獲得點的高度。將點與車輪接地點連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心。當(dāng)橫臂平行時點位于無窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過點的平行線，同樣可以獲得側(cè)傾中心 。 雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾中心高 為 圖3.4 雙橫臂式獨立懸架側(cè)傾中心的確定 （3.30） 式中 σ 為主銷內(nèi)傾角，一般取初步取，為上橫臂與水平面之間的夾角，取= ，為下橫臂與水平面的夾角取，為下橫臂外傳動點到地平面之間的距離，由于馬自達(dá)6的最小離地間隙為150，所以取=220,為主銷的長度，初步取,為主銷延長線與地平面的交點到車輪中心平面與地平面交點之間的距離，的取值范圍為，取=50。所以懸架的側(cè)傾中心高為 （3.31） （3.32） （3.33） 一般對與乘用車前輪懸架的側(cè)傾中心高為，后輪懸架為所以以上所選的數(shù)據(jù)合理[16]。 2、側(cè)傾軸線 在獨立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時前、后軸線上的載荷變化接近相等，從而保證中型轉(zhuǎn)向；而盡可能高是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。 然而，前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^。此外，在前輪驅(qū)動的汽車中，由于前橋載荷大，且為驅(qū)動橋，故應(yīng)盡可能使前輪載荷變化小。因此，在獨立懸架中，側(cè)傾中心高度為： 前懸架 后懸架。 3.4.3 雙橫臂獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 1、橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 由于上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案不同，所得到的側(cè)傾中心位置也不同，因此我選擇3.5圖式的上、下橫臂布置方案。 2、水平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案有三種[14]，如圖3.6所示。 圖3.5上、下橫臂橫向布置方案 （a） （b) （c) 圖3.6水平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 下橫臂軸和上橫臂軸與縱軸線的夾角，分別用表示，稱為導(dǎo)向機構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)；與汽車縱軸平行者，夾角為零。 為了使車輪在遇到凸起路障時能夠使車輪一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊，還未了便于布置發(fā)動機，大多數(shù)前置發(fā)動機汽車懸架下橫臂軸的斜置角為正值，而上橫臂軸的斜置角有正值、零值和負(fù)值三種布置方案。上、下橫臂軸斜置角不同的組合方案，對車輪跳動時前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大的影響。如車輪上跳，下橫臂軸斜置角為正，上橫臂軸斜置角為負(fù)值或零值時，主銷后傾角隨車輪的上跳而增大。如組合方案為上、下橫臂都為正值時，則主銷后傾角隨車輪的上跳有較小增加甚至減小。根據(jù)所選車型的具體情況，選擇下橫臂軸的斜置角為正值，上橫臂軸的斜置角為零值。且 。 3、上、下橫臂長度的確定 雙橫臂式懸架上、下橫臂的長度對車輪上、下跳動時的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計成上橫臂短，下橫臂長。這一方面是考慮到布置發(fā)動機方便，另一方面是為了得到理想的懸架運動特性。3.7圖是下橫臂長度l1保持不變，改變上橫臂長度，使分別為0.4，0.6，0.8，1.0，1.2時計算得到的懸架運動特性曲線。其中為車輪接地點在橫向平面內(nèi)隨車輪跳動的特性曲線。由圖可以看出當(dāng)比之為時曲線變化最平緩；增大或減小時，曲線的曲率都增加。圖中的 和分別為車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動的特性曲線。當(dāng)=時，和均為直線并與橫坐標(biāo)垂直，和在懸架運動過程中保持定值。 設(shè)計汽車懸架時，希望輪距變化小，以減小輪胎的磨損，提高其實用壽命，因此應(yīng)選擇在附近，為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度變化要小，這時在附近。綜合以上分析，該懸架的應(yīng)在范圍內(nèi)。美國克萊斯勒和通用公司分別認(rèn)為，上、下橫臂長度之比取和為最佳，，根據(jù)我國乘用車設(shè)計經(jīng)驗，在初選尺寸時，取為宜[4]。 根據(jù)所選參考車型的大體尺寸，取，取= =。 圖3.7上、下橫臂長度之比改變時懸架運動特性圖 上、下橫臂的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.8，3.9所示[14]。 圖3.8上橫臂結(jié)構(gòu)圖 圖3.9下橫臂結(jié)構(gòu)圖 3.5 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 由于為了提高汽車的行駛平順性，從而降低了汽車的固有頻率，導(dǎo)致懸架的垂直剛度減小，側(cè)傾角剛度值很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的穩(wěn)定性，為此大多數(shù)汽車都裝有橫向穩(wěn)定桿來加大汽車的側(cè)傾角剛度。穩(wěn)定桿的安裝因車而異。 3.5.1 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 1、兩端連接處結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖3.10 接頭剖面圖 2、中段與車架連接點處結(jié)構(gòu)形式的選擇 穩(wěn)定桿中段與車架連接時需要用橡膠元件來吸收振動如3.11圖所示打剖面線的為橡膠元件。橡膠元件放在一個近似U型元件中有U型元件固定在車架上。 圖3.11接頭剖面圖 3.5.2穩(wěn)定桿直徑計算 由公式 （3.34） 式中為角剛度，為材料彈性模量，取，為穩(wěn)定桿的截面慣性矩, , 為穩(wěn)定桿兩端間的距離其余變量如下圖所示[8]。穩(wěn)定桿材料為60Si2Mn。 由此可知當(dāng)穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)確定后，懸架的側(cè)傾角剛度給定后就可以初步估算處穩(wěn)定桿的直徑。 、由于所選參考車型的輪距為1540，所以初步選取, , , （3.35） 懸架側(cè)傾角剛度的計算： （為輪距，為線形剛度） 由于現(xiàn)行剛度計算牽涉到獨立懸架具體機構(gòu)，因此，而此公式只適合小側(cè)傾角，而且在分析過程中沒有考慮導(dǎo)向機構(gòu)系中鉸接點處彈性套的影響。實際轎車的前側(cè)傾角剛度為，后側(cè)傾角剛度為。取，則 圖3.12穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)尺寸圖 （3.36） 取。 3.5.3穩(wěn)定桿校核 穩(wěn)定桿處的半徑取。 1、穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為端點處的作用力，=。 （3.37） 2、彎曲應(yīng)力 截面在彎矩的作用下產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。 （3.38） 綜上所述穩(wěn)定桿的強度和剛度都滿足要求。 3.6叉形件的設(shè)計 1、叉形件形式的選擇 叉形件形式的選擇如圖3.13所示。 圖3.13 叉形件 其結(jié)構(gòu)尺寸初步設(shè)計為 高，鉸接處外圓直徑為，內(nèi)圓直徑為，與減振器連接處尺寸為外圓，內(nèi)圓，支柱截面的矩形。材料用鋼。 2、叉形件的校核 （1）應(yīng)力校核： （3.39） （2）穩(wěn)定性校核： 對于鋼，彈性模量， （3.40） 所以屬于細(xì)長桿，歐拉公式適用[18]。 （3.41） 取安全系數(shù)為5[6]則 （3.42） （3.43） 因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 3.7 輪胎尺寸 我所選的輪胎規(guī)格為 即輪胎的寬，高寬比為，得出輪胎高，輪輞直徑為英寸換算為 因此車輪直徑為。 3.8 半軸初步計算 半軸的安裝形式選擇全浮式。 式中為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取為負(fù)著系數(shù)取，為車輪滾動半徑，為最大靜載荷 。 （3.44） 為直徑系數(shù)一般為取 （3.45） 取。 3.9 本章小結(jié) 本章介紹了懸架的基本尺寸的確定，螺旋彈簧的設(shè)計，減振器工作缸、貯油缸直徑的確定，導(dǎo)向機構(gòu)中各參數(shù)的確定，上、下橫臂的結(jié)構(gòu)形式的確定，并且確定其基本尺寸。還確定了橫向穩(wěn)定桿兩端接頭的形式和中間支承的結(jié)構(gòu)形式，初步計算了穩(wěn)定桿的直徑和長度。 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 機械也稱機械系統(tǒng)，它是由可以相對運動的剛體通過運動副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。汽車就是一種典型的機械系統(tǒng)，在汽車機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)分析中，前懸架占有重要的地位。本章將應(yīng)用ADAMS軟件，建立并模擬計算汽車前懸架模型。 當(dāng)建立懸架的模型前，為了建模和分析的方便，需要作以下幾個假設(shè)： （1）各運動副均為剛性連接，且內(nèi)部間隙和摩擦力忽略不計； （2）擺臂軸和懸架端與車身連接處球銷的橡膠襯套是剛性的； （3）轉(zhuǎn)向拉桿與中間拉桿的球連接用萬向節(jié)表示，這就取消了拉桿繞它的縱向軸的旋轉(zhuǎn)運動； （4）輪胎為剛性的； （5）懸架上下緩和塊可簡化為線性彈簧和阻尼； （6）僅研究懸架特性時，車身相對地面假設(shè)不動； （7）為模擬地面不平引起的激勵，假想它與輪胎直接接觸，與地面之間通過移動副相連，可垂直地上下運動[12]。 4.1 仿真軟件ADAMS的介紹 4.1.1 ADAMS的簡介 機械系統(tǒng)分析軟件ADAMS是世界上應(yīng)用廣泛的機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件。它是有美國學(xué)者蔡斯等人利用多剛體動力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個剛體質(zhì)心在慣性參考系中的三個直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計算程序。ADAMS軟件應(yīng)用了解決剛性積分問題的方法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計算效率。 用戶利用ADAMS軟件可以建立和測試虛擬樣機，實現(xiàn)在計算機上仿真分析復(fù)雜機械系統(tǒng)的運動性能。目前ADAMS軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型。該模型可以是在ADAMS軟件中直接建造的簡化幾何模型，也可以是從其他CAD軟件中轉(zhuǎn)過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運動激勵；最后執(zhí)行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，得到實際機械系統(tǒng)工作過程的運動仿真[13]。 ADAMS軟件采用模擬樣機技術(shù)，將多體動力學(xué)的建模方法與大位移及非線性分析求解功能相結(jié)合。 機械系統(tǒng)分析軟件ADAMS使用交互式圖形環(huán)境和部件庫、約束庫、力庫，用堆積木式方法建立三維機械系統(tǒng)參數(shù)化模型并通過對其運動性能的仿真分析和比較來研究“虛擬樣機”可供選擇的設(shè)計方案。ADAMS仿真可用于估計機械系統(tǒng)性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的載荷輸入。ADAMS的核心仿真軟件包有交互式圖形環(huán)境ADAMS/View和仿真求解器ADAMS/Solver。還有建模用集成用、顯示用、擴展模塊。 ADAMS軟件包括3個最基本的解題程序模塊：ADAMS/View（基本環(huán)境）、ADAMS/Slover（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后處理）。另外還有一些特殊場合應(yīng)用的附加程序模塊，例如：ADAMS/Car（轎車模塊）、ADAMS/Rail（機車模塊）、ADAMS/Driver（駕駛員模塊）、ADAMS/Tire（輪胎模塊）、ADAMS/Linear（線性模塊）、ADAMS/Flex（柔性模塊）、 ADAMS/Control（控制模塊）、 ADAMS/FEA （有限元模塊）、 ADAMS/Hydraulics（液壓模塊）、 ADAMS/Exchange（接口模塊）、 Mechanism/Fro（與Pro/Engineer的接口模塊）、ADAMS/Animation（高速動畫模塊）等。下面介紹一下ADAMS/View軟件的基本模塊[12]。 ADAMS/View（基本環(huán)境）是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力庫，將便捷的圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點取操作與交互式圖形建立模型、仿真計算、動畫顯示、優(yōu)化設(shè)計、曲線圖處理、仿真結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。 4.1.2 ADAMS軟件的優(yōu)點 ADAMS軟件一方面是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機進(jìn)行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行分析。另一方面，又是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用ADAMS軟件會收到明顯效果： （1）分析時間由數(shù)月減少為數(shù)天； （2）降低工程制造和測試費用； （3）在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計錯誤，完善設(shè)計方案； （4）在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機數(shù)量； （5）進(jìn)行物理樣機測試有危險、費時和成本高時，可利用虛擬樣機進(jìn)行仿真分析； （6）縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進(jìn)，從設(shè)計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高周期長。運用機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件ADAMS進(jìn)行仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計，可以大大簡化懸架系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程。大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品[7]。 4.2懸架建模關(guān)鍵點的確定 懸架的簡化模型如4.1圖。 圖4.1 懸架簡化圖 懸架簡化后各點的空間位置如圖4.1所示選擇下橫臂與主銷連接點為坐標(biāo)原點即 取上橫臂的長度用DV_4表示，下橫臂的長度用DV_7表示，主銷長度用DV_1表示，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長為，主銷后傾角為,下橫臂斜置角，上橫臂斜置角，前輪前束因此各關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)為： 表4.1 關(guān)鍵點坐標(biāo)表 X Y Z LCA_outer 0 0 0 LCA_inner 444.56 38.89 -119.12 UCA_outer 48.66 346.64 15.12 UCA_inner 342.99 294.36 40.87 Tie_rod_outer -14.49 132.5 -137.33 Tie_rod_inner 600 132.5 -137.33 Knuckle_outer -220 108.65 6.5 Knuckle_inner 24.33 132.5 7.56 為了方便下一步的建模把這些關(guān)鍵點裂成表格形式如表4.1。 4.3在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 4.3.1建模 1、創(chuàng)建新模型 首先啟動ADAMS/View。在歡迎對話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model Name）欄中輸入“susp”，其它選項欄中選擇系統(tǒng)默認(rèn)的選項，按“OK”。 2、設(shè)置工作環(huán)境 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Units）命令，將模型的長度單位、質(zhì)量單位、力的單位、時間單位、角度單位和頻率單位分別設(shè)置為毫米、千克、牛頓、秒、度和赫茲（如圖4.2所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Working Grid）命令，將網(wǎng)格X方向和Y方向的大小分別設(shè)置為750和800，將網(wǎng)格的間距設(shè)置為50（如圖4.3所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Gravity）命令，將重力方向設(shè)置為沿Y軸負(fù)方向，大小為-9806.65（如圖4.4所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Icons）命令，將圖標(biāo)大小設(shè)置為50[7]。 3、創(chuàng)建設(shè)計點圖 圖4.2 單位設(shè)置窗口 點擊ADAMS/View中零件庫的點（Point）， 選擇“Add to Ground”和“Don’t Attach”，在工作窗口創(chuàng)建如圖4.5所示的八個設(shè)計點。這八個設(shè)計點是各個運動副相連接的位置。 圖4.3 工作網(wǎng)格設(shè)置窗口 圖4.4 重力設(shè)置窗口 4、創(chuàng)建懸架的構(gòu)件 利用ADAMS/View中零件庫的圓柱體（Cylinder）和球體（Sphere）命令，根據(jù)設(shè)計點的位置，分別建立汽車懸的各個構(gòu)件：上橫臂（UCA），下橫臂（LCA），轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle），主銷（King_pin），轉(zhuǎn)向拉桿（Tie_rod），車輪（Wheel）以及彈簧（Spring）。建模完成后的懸架模型如圖4.6所示。 圖4.5 列表編輯器 圖4.6 懸架模型 5、創(chuàng)建測試平臺 點擊ADAMS/View中零件庫的點（Point），選擇“Add to Ground”和“Don’t Attach”，在（-367.5，-270.91，-200）處建一個點，并以該點為對角點建立一個長500mm寬450mm高200mm的長方體，并以長方體的質(zhì)心為中心創(chuàng)建一個直徑為300mm高350mm的圓柱體，它與長方體組成測試平臺。創(chuàng)建測試平臺后的模型如4.7所示。 圖4.7 建測試平臺后的模型 6、創(chuàng)建連接副 根據(jù)懸架各構(gòu)件之間的運動關(guān)系，在各個關(guān)鍵點建立連接副。具體的連接副類型及位置如表4-2所示。 點擊ADAMS/view中約束庫的球副（Spherical Joint），設(shè)置球副的選項為“2 Bod_1Loc”和“Normal To Grid”，選擇上橫臂（UCA）和主銷（Kingpin）為參考物體，選擇設(shè)計點“UCA_outer”為球副的位置點，創(chuàng)建上橫臂和主銷之間的約束副。 同理創(chuàng)建下橫臂（LCA）和主銷(Kingpin）之間的球副，球副的位置為“LCA_outer”，轉(zhuǎn)向桿（Pull_arm）和拉桿(Tie_rod)之間的球副，球副的位置點為設(shè)計點“Tie_rod_outer”。 設(shè)置球副的選項為“1Location”和“Normal To Grid”選擇設(shè)計點“Tie_rod_inner”，創(chuàng)建拉桿和大地之間的球副。 按照上面所述的方法，創(chuàng)建拉臂和主銷、車輪和轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)和主銷之間的固定副，固定副的位置都為“Kingpin_inner”?！? 同理在測試平臺和大地之間創(chuàng)建一個移動副，移動副位置為測試平臺的中心位置。 表4.2 懸架模型連接副明細(xì)表 連接副類型 連接副圖標(biāo) 第一構(gòu)件 第二構(gòu)件 連接副位置 旋轉(zhuǎn)副 Revolute Joint UCA Ground UCA_inner 旋轉(zhuǎn)副 Revolute Joint LCA Ground LCA_inner 球副 Spherical Joint Kingpin UCA UCA_outer 球副 Spherical Joint Kingpin LCA LCA_outer 球副 Spherical Joint Pull_arm Tie_rod Tie_rod_outer 球副 Spherical Joint Tie_rod Ground Tie_rod_inner 固定副 Fixed Joint Kingpin Knuckle Knuckle_inner 固定副 Fixed Joint Wheel K