FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【雙橫臂式懸架優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含5張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj24

FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【雙橫臂式懸架優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含5張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj24

FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【雙橫臂式懸架】

摘要：本設(shè)計(jì)對(duì)FSAE賽車前懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的懸架結(jié)構(gòu)形式，最終確立FSAE電動(dòng)賽車的前懸架采用雙橫臂式懸架結(jié)構(gòu)；根據(jù)賽車參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)確立了前懸架的尺寸，材料，以及懸架部件的選取以及參數(shù)，對(duì)影響安全性的零件，例如橫向穩(wěn)定桿和緩沖塊都有明確的計(jì)算與設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行ADAMS建模、優(yōu)化，最終確認(rèn)主銷外傾角，主銷內(nèi)傾角，均滿足設(shè)計(jì)要求。隨之選用 proe軟件對(duì)FSAE前懸架實(shí)施3D圖形的創(chuàng)造；在建立三維模型的過程中，根據(jù)零件的三維坐標(biāo)，生成三維模型，這樣的精確度高。再后，使用有限元分析軟件ANSYS對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，在靜態(tài)分析中，均符合設(shè)計(jì)要求，在動(dòng)態(tài)分析中，著重對(duì)在0.5g加速狀態(tài)和0.95g轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下進(jìn)行有限元分析，前懸架下控制器在這兩種嚴(yán)格的工況下，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題，和應(yīng)力變形問題，對(duì)這兩種問題進(jìn)行分析比對(duì)，對(duì)應(yīng)力集中現(xiàn)象，都小于材料的屈服極限，說明滿足安全的要求，對(duì)應(yīng)力變形問題，也同樣滿足設(shè)計(jì)要求。本次FSAE賽車的前懸架完全符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：FSAE賽車；懸架；校核；有限元；

Design and Analysis of Front Suspension Structure

of FSAE Electric Racing

Abstract：This graduation design the structure and characteristics of FSAE car front suspension is used in the comparison, comprehensive than to choose a suitable suspension structure, finally established FSAE electric car front suspension with double wishbone type suspension structure;According to the parameters of car, a large amount of calculation, based on the size of the data to establish the front suspension, materials, and the selection of suspension components and parameters, affecting the safety of spare parts, such as the horizontal stabilizer bar and buffer blocks are clearly calculation and design, then, ADAMS, modeling, optimization and finally confirm the king pin camber Angle, kingpin inclination Angle, meet the design requirements.Then using proe FSAE car front suspension three-dimensional organization simulation model is set up;In the process of establishing three-dimensional model, according to the components of the three-dimensional coordinates, generated 3 d model, the precision is high.Again later, using the finite element analysis software ANSYS static analysis and dynamic analysis was carried out on the whole structure, in static analysis, all comply with the design requirements, in the dynamic analysis, the state of accelerating in 0.5 g and 0.95 g condition in finite element analysis of turning, the front controller in both the strict conditions, the stress concentration problems, and stress deformation problem, the analysis of the two kinds of problems, the stress concentration phenomenon, are less than the yield limit of material, that meet the requirements of safety, the deformation and stress problem, also meet the design requirements.The FSAE car front suspension fully comply with the design requirements.analysis controller.

Key words: FSAE racing; suspension; check; finite element;

目  錄

摘要……………………………………………………………….…………………... I

Abstract…………………………………………………………………...…………II

1.緒論……………………………………………………………….……………..….1

1.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀…………………………………………………….……………….1

1.2國外研究現(xiàn)狀…………………………………………………….…..………...…2

2. FSAE前懸架的建立………………………………………....………………..……3

2.1 FSAE 賽車懸架的選擇…………………………………...…………...…………3

2.2前懸架參數(shù)設(shè)計(jì)……………………………………..………...…………...……..4

2.2.1對(duì)平順性影響的各項(xiàng)參數(shù)……………………………………………………...4

2.2.2撓度計(jì)算………………………………………………………………………...5

2.2.3簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量………………………………………………………...5

2.3螺旋彈簧的設(shè)計(jì)……………………....………………….………….………...….6

2.3.1螺旋彈簧類型的選擇…………………………………………………………...6

2.3.2彈簧的關(guān)計(jì)算…………………………………………………………………...7

2.3減振器設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….10

2.3.1減振器及其形式的選擇……………………………………………………… .10

2.3.2相對(duì)阻尼系數(shù)……………………………….………………………………….11

2.3.3減振器阻尼系數(shù)的確定………………………………………………………..11

2.3.4最大卸荷力的確定………….………………………………………………….11

2.3.5減振器尺寸的確定……………………………………………………………..12

2.4上、下橫臂長(zhǎng)度的確定………………………………………………………….12

2.5橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)………………………...………………………………………..12

2.5.1穩(wěn)定桿直徑計(jì)算………………………………………………………………..13

2.6緩沖塊…………………………………………………...……………………….14

3. 對(duì)FSAE的前懸架進(jìn)行三維建?！?…….……………………15

3.1前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的分析………………………………………...…..……...…17

4.控制臂的有限元分析………………………………..……..…………...…..….…20

4.1有限元法的介紹…………………………..………………………...…………...20

4.2控制臂有限元模型建立………………………….…………………..……….…20

4.2.1幾何模型……………………………….………………………………………20

4.2.2網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制…………………………………………………….21

4.2.3材料屬性定義………………………………………………………………...22

4.2.4慣性釋放及模型的約束與加載……………………………………………...22

4.3典型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析………………………………………...22

4.3.1 0.5g加速工況………………………………………………………………….22

4.3.2 0.95g轉(zhuǎn)向工況……………………………………………………………...…23

5.總結(jié)與展望…………………………………….….………..……………………..25

5.1總結(jié)…………………………………………….……………………...…………25

5.2展望…………………………………………….…………………………...……26

參考文獻(xiàn)…………………………………………….………………………….……27

致謝…………………………………………………..………………………………28

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FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.docx

FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析任務(wù)書.doc

FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析開題報(bào)告.doc

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上橫臂A1.dwg

下橫臂A1.dwg

前懸架推桿A2.dwg

雙橫臂前懸架裝配圖A0.dwg

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立柱A1.dwg

FSAE電動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

I 動(dòng)賽車前懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 摘要 ： 本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì) 車前懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的懸架結(jié)構(gòu)形式，最終確立 動(dòng)賽車的前懸架采用雙橫臂式懸架結(jié)構(gòu)；根據(jù)賽車參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)確立了前懸架的尺寸，材料，以及懸架部件的選取以及參數(shù)，對(duì)影響安全性的零件，例如橫向穩(wěn)定桿和緩沖塊都有明確的計(jì)算與設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行 模、優(yōu)化，最終確認(rèn)主銷外傾角，主銷內(nèi)傾角，均滿足設(shè)計(jì)要求。隨之選用 建立三維模型的過程中，根據(jù)零件的三維坐標(biāo)，生成三維模型，這樣的精確度高。再后，使用有限元分析軟件 整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，在靜態(tài)分析中，均符合設(shè)計(jì)要求，在動(dòng)態(tài)分析中，著重對(duì)在 速狀態(tài)和 彎狀態(tài)下進(jìn)行有限元分析，前懸架下控制器在這兩種嚴(yán)格的工況下，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題，和應(yīng)力變形問題，對(duì)這兩種問題進(jìn)行分析比對(duì)，對(duì)應(yīng)力集中現(xiàn)象，都小于材料的屈服極限，說明滿足安全的要求，對(duì)應(yīng)力變形問題，也同樣滿足設(shè)計(jì)要求。本次 完全符合設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 車 ； 懸架 ； 校核；有限元； is in to a to of a of on of to of of as is n of to of d is on in in of .5 g g in of in of of of of 錄 摘要 ……………………………………………………………… .………………… ... I …………………………………………………………… ...…………目錄 ……………………………………………………………… .…… ...……… ..……………………………………………………………… .…………… ..… 內(nèi)研究現(xiàn)狀 …………………………………………………… .……………… 外研究現(xiàn)狀 …………………………………………………… .… ..……… ...… 2 2. 懸架的建立 ……………………………………… ....……………… ..…… 3 車懸架的 選擇 ………………………………… ...………… ...………… 3 懸架參數(shù)設(shè)計(jì) …………………………………… ..……… ...………… ...…… . 對(duì)平順性影響的各項(xiàng)參數(shù) …………………………………………………… .. 撓度計(jì)算 ……………………………………………………………………… .. 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 ……………………………………………………… ..旋彈簧的設(shè)計(jì) …………………… ....………………… .………… .……… ...… 螺旋彈簧類型的選擇 ………………………………………………………… .. 彈簧的關(guān)計(jì)算 ………………………………………………………………… ..振器設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 減 振器及其形式的選擇 ……………………………………………………… 相對(duì)阻尼系數(shù) ……………………………… .………………………………… 減振器阻尼系數(shù)的確定 ……………………………………………………… . 最大卸荷力的確定 ………… .………………………………………………… 減振器尺寸的確定 …………………………………………………………… .、下橫臂長(zhǎng)度的確定 ………………………………………………………… 向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) ……………………… ...……………………………………… . 穩(wěn)定桿直徑計(jì)算 ……………………………………………………………… .沖塊 ………………………………………………… ...……………………… . 對(duì) 前懸 架進(jìn)行三維建模 …………………… .…… .…………………… 15 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的分析 ……………………………………… ...… ..…… ...… 17 …………………………… ..…… ..………… ...… ..… .… 20 限元法的介紹 ………………………… ..……………………… ...………… ..制臂有限元模型建立 ………………………… .………………… ..……… .… 20 何模型 ……………………………… .……………………………………… 20 格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 …………………………………………………… 材料屬性定 義 ……………………………………………………………… ..慣性釋放及模型的約束與加載 …………………………………………… ..臂結(jié)構(gòu)有限元分析 ……………………………………… .. 速工況 ………………………………………………………………… 向工況 …………………………………………………………… ...… 23 ………… ……………………… .… .……… ..…………………… .結(jié) …………………………………………… .…………………… ...………… 25 望 …………………………………………… .………………………… ...…… 26 參考文獻(xiàn) …………………………………………… .………………………… .…… 27 致謝 ………………………………………………… ..……………………………… 28 5 1 緒論 中國大學(xué)生方程式汽車大賽 [1]（簡(jiǎn)稱“中國 是針對(duì)職業(yè)教育汽車相關(guān)專業(yè)和高等教育車輛工程專業(yè)在讀學(xué)生，設(shè)立的關(guān)于汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的競(jìng)賽。由五名學(xué)生和一位老師帶隊(duì)參加比賽，比賽的主要內(nèi)容和規(guī)則是：首先，給每支參賽隊(duì)一年的時(shí)間，去完成比賽用車的設(shè)計(jì)與制造；然后，對(duì)比賽用車的加速性能、制動(dòng)系統(tǒng)和操控性進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)；最后，在主辦地完成相應(yīng)賽段的比賽。 我國 第一屆 辦于 2010 年，由中國汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)起 [2]，國內(nèi)汽車傳媒的領(lǐng)頭羊 —— 易車（ 資，并引領(lǐng)著中國二十所大學(xué)汽車院系聯(lián)合主辦?！爸袊鴦?chuàng)造擎動(dòng)未來”選定為 賽的標(biāo)語，并以汽車基本理論教育與汽車生產(chǎn)基地為根基，堅(jiān)持自我創(chuàng)新、獨(dú)立研究和優(yōu)中選優(yōu)的原則作為大賽的準(zhǔn)則。自從大賽舉辦以來，吸引了越來越多的高效學(xué)生組隊(duì)來參加，充滿一片欣欣向榮的景象。 賽舉辦的目的是：（ 1）提高在校大學(xué)的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，讓書本中的知識(shí)真正應(yīng)用于實(shí)踐中去，提高學(xué)生們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、制造工藝、成本核算和團(tuán)隊(duì)合作這四個(gè)方面的能力；（ 2）搭建我國汽車相關(guān)技能的教育與選拔平臺(tái)；（ 3）為我國汽車行業(yè)儲(chǔ)備和訓(xùn)練高水平人才，讓我國從“制造大國”成為“制造強(qiáng)國”。 賽本質(zhì)上是學(xué)生競(jìng)賽，并沒有利益關(guān)系的公益事業(yè)。其運(yùn)營模式將優(yōu)秀高等院校學(xué)生科研資源與社會(huì)制造資源融合在一起，吸引社會(huì)投資贊助。本論文在 賽的背景下，對(duì)參加比賽的賽車的前懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成各項(xiàng)參數(shù)的分析。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 21 世紀(jì)以后，我國在懸架方面，有了較快的進(jìn)步。西安交通大學(xué)，阮教授通過 件對(duì) 架進(jìn)行分析，通過定義參數(shù)，對(duì)最后生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，最終確定了懸架模型。汽車企業(yè)通過對(duì)虛擬仿真的應(yīng)用降低了生產(chǎn)成本并且減少研發(fā)所需時(shí)間。如北京汽車公司，通過有限元分析汽車懸架 [4]。優(yōu)化并開發(fā)出新型的結(jié)構(gòu)，例如北京理工大學(xué)張利軍索研究三維橡膠組件，盡管 是屬于方程式，但從懸掛的研究切入點(diǎn)來說和一般家用汽車有很多的相似之處，利用 6 塊優(yōu)化懸掛參數(shù)來改善懸架的性能。清華大學(xué)李教授使用 塊對(duì)輪胎定位參數(shù)的分析和優(yōu)化。 中國開始推行 事是從 2010 年開始的，國內(nèi)大 學(xué)生團(tuán)隊(duì)發(fā)展迅速，根據(jù) 2013 年的實(shí)際情況比賽團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擴(kuò)大到 60 多個(gè)。五十余所高校參與其中。通過不斷地發(fā)展創(chuàng)新，我國懸架的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了理想的成績(jī)，如 :上海交通大學(xué)的邊界處理以及整個(gè)汽車的制造和測(cè)試的細(xì)節(jié)。湖北大學(xué)的第一輛車。本文借鑒真控制原理，將汽車的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行了測(cè)試。這將有助于解決這些問題，在八零年代 ,研究人員在國外勘探進(jìn)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量的制造商對(duì)汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的應(yīng)用程序的實(shí)例進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，最終得出一系列的相對(duì)完整的理論結(jié)果。 外研究現(xiàn)狀 從全球的層 面來看，目前只有美國、歐洲和澳洲這三個(gè)地區(qū)有學(xué)生 事。在 70 年代的中期，美國的多所知名大學(xué)相繼舉辦 事，為學(xué)生們提供了自我動(dòng)手與創(chuàng)新平臺(tái)。 大賽名稱沿用了世界文明的 西哥汽車比賽 [3]。 1976 年順利完成第一次 賽，自此該比賽成為這個(gè)地區(qū)年度盛世。比賽規(guī)則采用三個(gè)指標(biāo)組成，并分為兩個(gè)比賽日進(jìn)行，第一比賽日是對(duì)賽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成本控制和總結(jié)答辯進(jìn)行考核，而第二比賽日是對(duì)賽車在各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比拼。其比賽關(guān)注重心在于對(duì)車輛底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且每支參賽隊(duì)給予一個(gè)特定的發(fā)動(dòng)機(jī)。在過去的歷屆 賽中所收到的效果可以說是近乎完美。 在 得于世矚目的成就蒸蒸日上的時(shí)候，主辦方邀請(qǐng)美國汽車的三大龍頭企業(yè)共同創(chuàng)辦更高水平的賽事即 事。 事較之前的比賽有很多的改進(jìn)，評(píng)定規(guī)則更加細(xì)致完善。其中最主要的修改是放款對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，致使參賽用車的性能有所加強(qiáng)。在西方工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，多年的籌備經(jīng)驗(yàn)和雄厚的投資，使得個(gè)支參賽隊(duì)伍使用的賽車具有很高的專業(yè)程度。其賽車的最高行駛速度可以跑到二百公里每小時(shí)，百米加速為五秒左右。 許多領(lǐng)域都取得了滿意的成績(jī)，并且游戲一直保持著發(fā)展的趨勢(shì) [ 4 ]。 2009 美國麻省理工學(xué)院針對(duì) 車，第一個(gè)使用雙橫臂的前懸架。運(yùn)用推桿與立柱使之成為一個(gè)整體從而阻止下橫臂發(fā)生應(yīng)力的集中。在那時(shí)是一個(gè)很大的創(chuàng)舉 [5]。 7 2 懸架的建立 車懸架的選擇 雙橫臂式的獨(dú)立懸架也能夠分為很多種，其中依據(jù)上下橫臂的長(zhǎng)度特性被分為上下橫臂長(zhǎng)度相同與上下橫臂長(zhǎng)度不相同兩類 [6]。車輪在路面行駛時(shí)作上下的跳動(dòng)過程中，等長(zhǎng)雙橫臂的前懸架將維持主銷傾角穩(wěn)定不發(fā)生變化，與此同時(shí)輪距將產(chǎn)生不小的變動(dòng)，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致輪胎磨損情況加劇降低輪胎壽命，因此在實(shí)際中使用較少。取而代之的是不等雙橫臂的懸架，只要 合適的調(diào)整上、下橫臂長(zhǎng)度并且進(jìn)行合理設(shè)置，并將車輪各項(xiàng)參數(shù)范圍限制在要求之內(nèi)，這種不太大的輪距變動(dòng)，不會(huì)造成路面打滑，彌補(bǔ)橡膠車輪的彈性變形。所以不等長(zhǎng)的雙橫臂式的獨(dú)立懸架可以確保汽車在行駛過程中的良好性能和感覺，因此中高端汽車頗為青睞。作為雙橫臂懸架的一大亮點(diǎn)即設(shè)計(jì)的可變性，進(jìn)而利用適當(dāng)選取標(biāo)準(zhǔn)向桿系的連接中心地方導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，懸架有一個(gè)合理的運(yùn)動(dòng)特性，并產(chǎn)生一個(gè)合適的雙中心，即為側(cè)傾與縱傾雙心。 在連接處使用橡膠材質(zhì)的零件，可以很好的降低震動(dòng)幅度和減小噪聲，并且能在較大范圍里補(bǔ)償由立體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)因?yàn)殡p橫臂 擺動(dòng)引起的非正常接觸。當(dāng)各點(diǎn)受到較小的力時(shí)，橡膠零件的變形量將變小，致使車輪導(dǎo)向系統(tǒng)與位置確定系統(tǒng)的精確度提高。有實(shí)驗(yàn)分析可知，當(dāng)增大上下橫梁的垂線間距增大時(shí)，連接點(diǎn)的作用力將降低。并且，在選擇連接點(diǎn)位置的時(shí)候要多方面考慮包括懸架運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 雙橫臂式懸架中大量使用彈性零件，其中彈性零件有很多包括：空氣彈簧、扭桿彈簧、螺旋彈簧和鋼板彈簧等等 [7]，而作為使用率最高的彈性元件為螺旋彈簧。雙橫臂式懸架被廣泛應(yīng)用在車輛的前后懸架，在前驅(qū)動(dòng)橋懸架安裝雙橫臂式懸架時(shí)，特別要注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要預(yù)留出擺動(dòng)半軸 的安裝空間。解決這一結(jié)構(gòu)性為采用兩種方式，其中一種方式是將彈簧放于在上控制的臂上，但是這種解決方式的不足之處就是在于減少了上、下橫臂的之間垂線方向間距與彈簧行程，并且會(huì)將振動(dòng)直接傳遞到車身的最前端。而另一種方式是使用專門地形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出安裝位置。 8 圖 2減振器放置于上控制臂的上懸架 根 據(jù)上面的闡述 ， 本次的設(shè)計(jì)初步的選擇使用前驅(qū)動(dòng)橋的獨(dú)立雙橫懸架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式選擇使用專門叉型構(gòu)件這將為半軸流出相應(yīng)空間。 懸架參數(shù)設(shè)計(jì) 表 2車參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 賽車長(zhǎng)度 /800 賽車高度 /260 軸距 /720 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車質(zhì)量 /30 最高車速 /(km/h) 120 平順性影響的各項(xiàng)參數(shù) 前和后的載荷比 46:54 汽車偏頻計(jì)算公式如下： 11111 π21π21? 9 s 1 s 1其 中 g 為 重 力 加 速 度 其 值 取 ， c 為 前 懸 架 剛 度 ， G 為 前 后 懸 架 的 簧 載 質(zhì) 量 。度計(jì)算 靜撓度計(jì)算； 11111 π21π21?? ? ????????nf c? 62撓度計(jì)算： 懸架的動(dòng)撓度表示的是車輛懸架處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，對(duì)懸架進(jìn)行擠壓直到達(dá)到其承受的最大變化量。致使懸架動(dòng)撓度在要求范圍內(nèi)必須足夠大，以避免緩沖塊在壞路上的碰撞。選用70。 賽要求懸架行程大于等于 此可以得到 與 兩個(gè)參數(shù)做加法的結(jié)果大于等于 ]。 2706211 ????? 由此可得，符合使用要求。 載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 因?yàn)椋?賽用車整體的重量為 280以賽車整體的總重是 10 M = 2 8 0 8 0 = 3 6 0 K G? 。 查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，了解到 車中彈簧所承受的重量約為車體總重量的百分之八十二，所以彈簧所承載的重量約為 ]。中前懸架承擔(dān)的重量為百分之四十六，因此可以計(jì)算出每個(gè)前輪所承擔(dān)的重量約為 15 旋彈簧的設(shè)計(jì) 旋彈簧類型的選擇 采用了車輛中普遍使用的螺旋彈簧。 車采用的是內(nèi) 置彈簧和阻尼零件達(dá)到美觀的效果，并巧妙的使用推拉桿與搖臂盤的固定搭配 [10]，實(shí)現(xiàn)與外置相類似的作用。在實(shí)際賽場(chǎng)行駛中，因?yàn)橥饨绲纫蛩氐挠绊?，需要通過懸架的性能來確定不同的參數(shù)設(shè)置，并采用個(gè)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)懸架參數(shù)的調(diào)整，滿足比賽的要求。因?yàn)?車在比賽跑道中行駛的速度是很快的，所以產(chǎn)生的沖擊也是非常大的，假設(shè)使用的彈簧剛度太大，將致使懸架抗沖擊能力差，破壞車輛的穩(wěn)定性。所 以 設(shè) 計(jì) 過 程 中 適 當(dāng) 的 減 小 彈 簧 剛 度 。 選 取 彈 簧 的 參 數(shù) 為 ： 最 大 工 作 F = 3 6 0 0 N ， 最 大 變 形 量 為 5 0 m m 。圖 2簧結(jié)構(gòu) 11 表 2 載 質(zhì) 量 與 非 簧 載 質(zhì) 量 比 例 關(guān) 系 簧的關(guān)計(jì)算 （ 1） 選材料，確定許用應(yīng)力 ??? ： 查閱彈簧的參數(shù)手冊(cè)，了解到其相關(guān)載荷參數(shù)。經(jīng)過總結(jié)分析，選取的彈簧類型及相關(guān)參數(shù)為： 彈 簧 鋼 絲 （ 6 0 2 ） ， 其 中 = （ 0 . 4 0 . 4 7 ）s i M n A ??????，初選 d=8mm，1 6 1 8 M P a ， = （ 0 . 4 0 . 4 7 ） = 6 4 7 . 2 7 6 0 . 4 6 M P a? ? ??? ???[11]。 因此選取 ? ? 。 （ 2） 初選旋繞比 C ： 表 2繞比的參考值 d 8 7選旋繞比 C=7 12 （ 3）曲度系數(shù) K 的計(jì)算： 21 4 ????? ? ? ???? ?根據(jù)公式計(jì)算判斷，在初選值 d=8無法達(dá)到所需要的強(qiáng)度，因此需要重新選取 d，經(jīng)過系列計(jì)算可得到，當(dāng) d=10算出的 τ 值達(dá)到所需要的強(qiáng)度。因此最終選取 [τ]=730C=6。 [12] 所以求出 K： 4 ????? ? ? ????? 符合強(qiáng)度要求 （ 4） 彈簧外徑 2D ： 01062 ???? （ 5）有效線圈 n ： 05079008 3 432m a a x ????????取 n =6 兩端各取一支承圈，則彈簧總?cè)?shù)為 8 （ 6）完全并緊高 s 2)1(??? 3 s 8(?????? （ 7） 設(shè)計(jì) H 和 ： 力，為設(shè)計(jì)載荷時(shí)彈簧的受 ，為設(shè)計(jì)載荷時(shí)彈簧的高 懸架高度。 13 M p 21382 1 ????初步選擇 30? ， 00? （ 8） 確定 1f ， 2f ： c 621 ?? 02 ? （ 9） 計(jì)算 1p 、 2p 和 ： ? ? ? ? M p 2 4 ???????? M p 411 ???????? M p 0 422 ???????（ ? ? ? ? M p 0 41 0 01 3 4 ???????? 其中： 12為 彈 簧 完 全 壓 緊 時(shí) 的 載 荷 ；為 工 作 壓 縮 極 限 位 置 的 載 荷 ；, 為 臺(tái) 架 實(shí) 驗(yàn) 伸 長(zhǎng) 、 壓 縮 極 限 位 置 對(duì) 應(yīng) 的 載 荷 。10） 計(jì)算 剪切應(yīng)力 m a x 321 ???? ，，， ： 6?C ， M p 62 5 211 ?? ????? ?? M p 0 92 5 222 ?? ????? ?? M p 2 32 5 23 ?? ????? ?? M p 688 22m a xm a x ?? ????? ?? （ 11） 校核 ： ，a x ?? ? ? ? ? M p aM p a 7 3 2m a x ??? ?? 14 所以強(qiáng)度符合要求。 （ 12） 壽命計(jì)算： ????????n? ?? ? ? ? ? ?? ? 1 3 21 5 6 ??? ????? ?? ??? ?? 3 2 0 51 3 0 ?????? （ 13） 彈簧自由 高 0H 和最小工作高度 41 3 00 ????? 。700 ? ????? ? （ 14）穩(wěn)定性校核： 根據(jù)彈簧特性可知，彈簧 H/處于穩(wěn)定結(jié)構(gòu) [13]。 ? ? 00 ????? ?? 所以彈簧穩(wěn)定。 振器設(shè)計(jì) 振器及其形式的選擇 減震器顧名思義是吸收車輛行駛中地面的沖擊與彈簧反彈的能量。通過顛簸路面時(shí)，輪胎受到的沖擊被彈簧所吸收，但是在彈簧恢復(fù)過程中，減震器又將彈簧的能量吸收。如果減震器偏軟，車子自身會(huì)在上下方向移動(dòng)，若果減震器偏硬，將影響彈簧的正常使用。 在前懸架廣泛使用的減震器類型是液體減震裝置，其內(nèi)部裝有液體。在車體震動(dòng)時(shí)，減震器內(nèi)部的液體起到緩沖吸能作用，并將能量轉(zhuǎn)換成熱量，符合能量守恒原理。在減震器伸長(zhǎng)或者壓縮其中一個(gè)過程中進(jìn)行能量的釋放，我們把這種減震器 15 叫做單作用減震器，而若兩個(gè)過程都進(jìn)行能量的釋放，即為雙作用減震器。因 為雙作用減震器的能量釋放效率較高穩(wěn)定性好，所以本設(shè)計(jì)中選用雙作用減震器。 減震器的分類多種多樣，搖臂式與筒式是采用機(jī)械構(gòu)造不同的標(biāo)準(zhǔn)被分成的兩類 [14]。在筒式減震器這一大類中，又采用筒的類型作為標(biāo)準(zhǔn)將其分為單筒、雙筒與充氣筒式三大部分。根據(jù)實(shí)際情況，選用充氣式減震器。 對(duì)阻尼系數(shù) ? ???F 式中 F 為阻力， ? 為減振器阻尼系數(shù)。 圖 2 振 器 阻 力 - 位 移 特 性 和 阻 力 - 速 度 特 性 ? （式中 簧載質(zhì)量） 分析上述公式可得影響減震器阻尼效果的因素包括：不同剛度 c 和黃載質(zhì)量式。其式中 φ（相對(duì)阻尼系數(shù)） 的值較大，說明阻尼效果明顯減震速度快，造成大量的來自路面沖擊的能量傳給了賽車車架，致使車輛的顛簸感明顯。相反，較小的φ值，大大降低減震的速度，使大部分沖擊能量未被傳到車架，保持車輛的穩(wěn)定性。所 以在選取 φ 值時(shí)，應(yīng)在允許范圍內(nèi)盡量的選取較小的值。查閱相關(guān)文獻(xiàn)得 φ 值的取值范圍 初選取值 φ= 振器阻尼系數(shù) 的確定 2? ?????? ???? 158 22 ????????????? s ??? 16 大卸荷力的確定 為了實(shí)現(xiàn)車身所受的較小的沖擊力，當(dāng)賽車行駛過程中遇到較大沖擊并達(dá)到預(yù)先設(shè)置的參數(shù)時(shí)，減速器的卸載開關(guān)將被開啟，達(dá)到吸收能量的作用。減震器活塞速率被定義為卸荷速度 [15] ?? （ x? 一般為 A 為車身振幅，取 40? ， ? 為懸架固有頻率 ） ????? ?? NF x ??? ?? 振器尺寸的確定 對(duì)于減震器的尺寸來說，其核心參數(shù)為液壓缸的尺寸。算出液壓缸的直徑，其他尺寸參數(shù)查閱手冊(cè)得到。 其中： 為 液 壓 缸 最 大 允 許 壓 力 ， 范 圍 3 4 M p a ；為 連 桿 與 缸 筒 直 徑 之 比 ， 氣 筒 式 范 圍 0 . 4 0 . 5 。p????? 取 ,4p M p a? ?????? ? ? ???? ?? ? 取 0? 。 貯油筒直徑 ? ? 0～??取 0?壁厚為 材料為 20鋼。 工作缸行程 10? ，有效行程 0? ， 減振器總長(zhǎng) 8070110 ??? 。 、下橫臂長(zhǎng)度的確定 在車輛前懸架設(shè)計(jì)的過程中，本著減小輪距變化，實(shí)現(xiàn)降低輪胎的磨損，延長(zhǎng) 17 輪胎的使用壽命的原則，所以上下橫臂長(zhǎng)度之比選定為 右；本著降低前輪定位角度的變化，實(shí)現(xiàn)車輛較好的駕駛樂趣和操控性的原則，所以上下橫臂長(zhǎng)度之比選定為 1 左右；綜合所有因素分析，初步選定上下橫臂長(zhǎng)度之比為 601 ? ， 上擺臂長(zhǎng)度 502 ? 。 向 穩(wěn)定桿 設(shè)計(jì) 在汽車參數(shù)中，行駛平順性是一關(guān)鍵參數(shù)。然而在提到行駛平順性的同時(shí)，汽車固有頻率降低，引起前懸架垂直的剛度降低，致使車輛轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性降低。因此，使用穩(wěn)定桿的橫向結(jié)構(gòu)，其目的為了增加 車懸架結(jié)構(gòu)的側(cè)傾角剛度，從而達(dá)到 車行進(jìn)中的平穩(wěn)度。穩(wěn)定桿的參數(shù)由車輛參數(shù)來決定。 定桿直徑計(jì)算 由公式? ? ? ??????? ??????? 中： 54為 角 剛 度 ；為 材 料 的 彈 性 模 量 ， E = 2 x 1 0 M p a ；I 為 穩(wěn) 定 桿 的 截 面 慣 性 矩 ， I= ；64為 穩(wěn) 定 桿 兩 端 間 距 離 其 余 變 量 ； 穩(wěn)定桿材料為 60 根據(jù)穩(wěn)定桿的機(jī)械結(jié)構(gòu)與懸架的側(cè)傾角 剛度的指數(shù)為基礎(chǔ)，來計(jì)算穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)尺寸即直徑。 ? ? ? ?23 3 24 1221 2 8 1 432l a a b l b ? ??? ? ? ? ? ????? 根據(jù) 車設(shè)計(jì)的車輪間距為 1300得： 28 0 0 , 6 0 , 4 3 , 1 7 7 , 1 8 02LL m m l m m a m m b m m C a b m m? ? ? ? ? ? ? ? 64360 222221 ????? 18 懸架側(cè)傾角剛度的計(jì)算： '1221 b ?? （ B 為輪距， '1K 為線形剛度） 因?yàn)槟壳暗膭偠扔?jì)算涉及獨(dú)立懸架的具體結(jié)構(gòu)，所以公式 2'1 2 ???????在計(jì)算分析中并沒將鉸鏈機(jī)構(gòu)中的彈性元件對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)的影響參考進(jìn)去。 ? ? ? ?? ?4 22338 003128 ?????????? ? 8 5 ? 取 9? 。 沖塊 緩沖塊是與主彈性元件并連在一起的非線性彈性元件。由于車輛在高速行駛中，很容易發(fā)生強(qiáng)沖擊，其就是在強(qiáng)沖擊時(shí)其吸收一部分沖擊載荷，避免懸架被“擊穿”結(jié)果的發(fā)生，保護(hù)車輛的前懸架。 根據(jù)參賽用 輛在車架里裝有減震器，由此選定前懸架下橫臂作為緩沖塊的安裝位置，并通過加裝推桿支撐座用來對(duì)緩沖塊位置限制固定。 行駛途中路面平整性差異，致使車輪跳動(dòng)其范圍是 ±50車輪跳動(dòng)過程中達(dá)到最大跳動(dòng)位置時(shí)，可以得出 下 橫 梁 與 書 平 面 夾 角 ： ???? o 下橫臂的運(yùn)動(dòng)夾角范圍 ± 據(jù)計(jì)算可以看出，在下橫臂跳動(dòng)達(dá)到最大跳動(dòng)限度時(shí)的推桿同水平組成的角度為40°和 56°。 緩沖塊的基本尺寸 對(duì) 前懸架進(jìn)行三維建模 傳統(tǒng)車輛的多連桿懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于可以過濾掉大部分的震動(dòng)，和輪胎多余的 19 彈跳，重新調(diào)整優(yōu)化后相比于未優(yōu)化前，對(duì)車輪的控制大大增強(qiáng)，讓每一根連桿都能發(fā)揮出最大性能，以更小的型變量來控制車輪，從而滿足轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)剛度和車輪定位參數(shù)的匹配 。 參照 車 模型的建立條件及假設(shè)如下 : a) 車輛底盤及副車架均為剛性體； b) 輪 轂 、 轉(zhuǎn) 向 橫 拉 桿 和 各 連 桿 均 為 剛 性 體 ； c) 將懸架中所有結(jié)構(gòu)均視為剛體 圖 3懸架上控制臂 20 圖 3懸架下控制臂 圖 3 的模型 表 3型中懸架的部分硬點(diǎn)坐標(biāo) 硬點(diǎn)名稱 初始坐標(biāo) mm x y z 上前連桿與副車架連接點(diǎn) 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 后連桿與副車架連接點(diǎn) 45 21 上后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 0 前連桿與副車架連接點(diǎn) 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 后連桿與副車架連接點(diǎn) 后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 后連桿與副車架連接點(diǎn) 0 后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 震器上鉸接點(diǎn) 震器下鉸接點(diǎn) 前車輪輪心 0 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的分析 運(yùn)動(dòng)仿真分析是不可缺少的一步，也是較為關(guān)鍵的一步。主要是模擬行駛過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。為達(dá)到模擬運(yùn)動(dòng)仿真的最佳效果，參照表 車性能參數(shù)，對(duì)其各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其中， 仿 真 步 數(shù) 為 90 車 輪 跳 動(dòng) 量 為 45 表 3車性能參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 賽車長(zhǎng)度 /800 賽車高度 /260 軸距 /720 22 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車質(zhì)量 /60 最高車速 /(km/h) 120 運(yùn)用軟件分析，結(jié)論如圖 3圖 3示。 圖 3示為前束角變化曲線?，F(xiàn)代車輛中，后輪前束角理想狀態(tài)為 : 在上跳過程中，其值為 0，即－ 0． 4° / + 50后輪下跳過程中，其值如圖所示，且曲線變化呈線性。從圖 以看出，車輛的懸架機(jī)構(gòu)的前限制角值是 +50特點(diǎn)為零前限制角或弱負(fù)前限制角，能保證車輛行駛的直線穩(wěn)定性及車輛的不足轉(zhuǎn)向特性。由此可見，前限制角滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 限 制 角 隨 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 的 變 化 曲 線 圖 3示為前輪輪距變化曲線，后輪輪距變化量較為理想的變化特征 : 后輪在上下跳動(dòng)過程中，輪距變化盡可能的小，其值變化的范圍是 ± 10 ±50圖 知，前輪在上跳過程中范圍 100合理想值。因此，前輪輪距變化量滿足設(shè)計(jì)要求。 23 圖 輪 輪 距 變 化 量 隨 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 的 變 化 曲 線 圖 示為后輪外傾角的變化曲線。后輪外傾角較為理想的變化特征 : 后輪在上跳過程中，后輪外傾角減小，其值變化范圍為 ( － 2． 0°～ － 1． 5° ) / + 50在下跳過程中，外 傾角的值趨向正數(shù)方向變化，而變化值為 ，因此，滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 3 后 輪 外 傾 角 隨 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 的 變 化 曲 線 根據(jù)圖 關(guān)系圖可以得到主銷內(nèi)傾角變化趨勢(shì)特點(diǎn)：在前車輪作縱向移動(dòng)過程當(dāng)中，主銷內(nèi)傾角的波動(dòng)區(qū)域?yàn)?0° — 12°，然而當(dāng)主銷內(nèi)傾角的值較大的時(shí)候，車輪與路面之間的相對(duì)滑動(dòng)將變得很嚴(yán)重，致使輪胎損傷嚴(yán)重壽命降低、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)遲鈍。圖 示的內(nèi)傾角為 3° ～ 7°，因此符合設(shè)計(jì)要求。 24 圖 3 銷 內(nèi) 傾 角 隨 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 的 變 化 曲 線 根據(jù)圖 關(guān)系圖可以得到主銷后傾角變化趨勢(shì)特點(diǎn)：在前車輪作縱向移動(dòng)過程當(dāng)中，主銷后傾角的波動(dòng)區(qū)域?yàn)?0° — 4°。圖 示的主銷后傾角為 0° ～ 3°同樣，主銷后傾角滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 3 銷 后 傾 角 隨 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 的 變 化 曲 線 25 4 控制臂 的 有限元分析 限元法的介紹 有限元法是一種先進(jìn)，快速的方法。早期有限元法是以數(shù)學(xué)微分知識(shí)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，有限元法被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)，并且可以被應(yīng)用于所有能用微分方程所表示的各種工程現(xiàn)場(chǎng)?；舅枷?:需要定義材料的泊松比來求極值解。由平衡方程推導(dǎo)在實(shí)際物理模型用于每一個(gè)點(diǎn) ,創(chuàng)建一個(gè)方程組。為此稱之為有限元方法。 有限元分析方法的建立時(shí)基于彈性力學(xué)的基礎(chǔ)之上的，因此此方法一定符合彈性力學(xué)中五種基本假設(shè)： 有限元的理論依據(jù)如下： a） 將實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后根據(jù)網(wǎng)格求解。這就是有限元的核心思 想，分別將算好的網(wǎng)格進(jìn)行匯總，并求解總 體應(yīng)力圖。 b）根據(jù)未知常函數(shù)和在各模塊核心點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)數(shù)值插入值函數(shù)來求得和的近似函數(shù)。因此，可以說兩個(gè)相鄰的地方，節(jié)點(diǎn)是相同的，并將他們看做是解決基本的未知數(shù)。所以你可以原始和無限個(gè)自由度的場(chǎng)函數(shù)問題轉(zhuǎn)化為解決公共節(jié)點(diǎn)有限的流動(dòng)性問題。 c）應(yīng)用加權(quán)余法或原始模型的等效數(shù)學(xué)模型，建立微分變分原理的未知量方程和代數(shù)方程，原問題的近似解的數(shù)值方法。以及解決域幾何形狀是不規(guī)則的，然而，固體結(jié)構(gòu)方程的問題通常是基于整合的對(duì)象坐標(biāo)系統(tǒng) (拉格朗日坐標(biāo)系 )，因此 ,應(yīng)用有限元方法更合適。有限元法從它的等效數(shù)值積分形式。等效 積分加權(quán)殘余法的一般形式，它是一種常見的方程，在此基礎(chǔ)上的發(fā)展，如搭配法，矩法、最小二乘法和伽遼金法等多種近似算法。相應(yīng)的解決方法是價(jià)值轉(zhuǎn)化為解決功能問題 ,代表方法里茲方法。傳統(tǒng)有限元法 (加權(quán)殘余法和變分法，使得有限元方法解決問題的科學(xué)和技術(shù)是一個(gè)強(qiáng)大的工具。 制臂有限元模型建立 何模型 26 控制臂的傳統(tǒng)工藝鑄造或鍛造，使用鑄造和鍛造不僅可以節(jié)約成本，并且可以為整個(gè)控制臂的零部件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。此外，控制臂零部件都是有大型沖壓設(shè)備沖壓制成，雖然在成產(chǎn)中加大了制造難度，但是它使連接部分具有了互換性，而鑄件和鍛件連接部分失校后盡快替換整個(gè)組裝。本文所探討的控制臂采用鋼板。 圖 4壓成型的工藝有限元模型 上圖顯示，控制臂主要由四部分組成，推桿座，球餃接座，安裝襯套和推桿。套管內(nèi)外組裝用金屬襯套 ,橡膠襯套、連接螺栓、螺母等?？紤]到控制拉桿裝配有一個(gè)螺旋彈簧，從而留住彈簧支座。部分零件加工成形后，焊 接而成，會(huì)受到來自不同方向的扭矩，例如側(cè)向的側(cè)向力矩。 格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 在網(wǎng)格劃分之前要對(duì)模型進(jìn)行分析，判斷使用哪種劃分方式及參數(shù)的選擇，然后對(duì)模型所要?jiǎng)澐志W(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行選取與計(jì)算。因?yàn)榻M裝的控制桿，所以考慮推桿座，球餃接座，安裝襯套和推桿的連接。使用自動(dòng)網(wǎng)格工具和設(shè)置網(wǎng)格大小、網(wǎng)格控制臂后如圖所示。應(yīng)該盡可能多的增加網(wǎng)格的數(shù)量，并且將網(wǎng)格劃分成四邊形，通過這兩個(gè)措施，可以大幅度的提高網(wǎng)格的質(zhì)量，使計(jì)算結(jié)果盡可能的精確。本次劃分共得到個(gè) 40707 單元， 44012 個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格劃分如下圖， 27 圖 4格的劃分結(jié)果 料屬性定義 查閱材料手冊(cè)，得到控制臂材料的各個(gè)參數(shù)如下： 533 的 料 厚 5 m m ；彈 性 模 量 = 2 . 0 6 1 0 ；泊 松 比 = 0 . 3 ；密 度 = 7 . 8 5 1 0 / ；屈 服 強(qiáng) 度 = 4 4 5 M p a ；抗 拉 強(qiáng) 度 = 6 0 0 M p a 。E M p ak g m??????輸入材料原始參數(shù)；在前處理中 行設(shè)置，將 5入；之后應(yīng)用到每一個(gè)小網(wǎng)格中。完成網(wǎng)格的材料屬性定義。 性釋放及模型的約束與加載 由于 橡膠襯套安裝在了控制臂與副車架和轉(zhuǎn)向節(jié)之間 ,橡膠襯套將會(huì)發(fā)生六個(gè)自由度的彈性形變，例如位移或旋轉(zhuǎn) ,所以應(yīng)用固定約束控制臂襯套的地方不能夠很準(zhǔn)確地反映出約束狀況 ， 為了解決這一問題，采用慣性釋放的方 法 [15]。分析 ,假設(shè)結(jié)構(gòu)處于靜力平衡狀態(tài) ,關(guān)鍵點(diǎn)的六個(gè)自由度的約束 (軸承 )，然后對(duì)模型施加外力，分別算出平衡狀態(tài)下每一關(guān)鍵點(diǎn)上的 個(gè)方向上的速度、加速度及合速度。 型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析 將控制臂的三維模型上傳到 帶的求解器中計(jì)算。通過施加約束和載荷，最后可以得到最大形變量圖和最大應(yīng)力圖，通過后處理模塊，打開云圖，查看 28 控制臂的推桿應(yīng)力分布和變形狀況。 速工況 圖 4速工況推桿等效位移圖 圖 4速工況推桿等效應(yīng)力圖 上邊兩圖分別是推桿在賽車發(fā)揮極限性能加速工況下的等效位移圖和等效應(yīng)力圖。推桿最下邊的支座，根據(jù)圖以看出在推桿的軸向力方向和控制臂之間有一個(gè)夾角，彈簧恢復(fù)的巨大彈力是順著支座傳向控制臂的最下邊。造成了控制臂最下邊發(fā)生位移變化，如圖 4知位移變化呈現(xiàn)出度梯形變化。然而這個(gè)梯度形狀與控制臂形狀基本相同，其產(chǎn)生的最大位移是 時(shí)，推桿收到了來自輪胎所傳遞過來的力矩，推桿最深的地方將會(huì)收到來自車架傳遞過來的不同方向的剪切力，因此，此位置的應(yīng)力相比于其他地方是最大，大小為 在其他位 置，推桿所受的應(yīng)力較小。此外，在下蓋板的內(nèi)套筒、外套筒處，將會(huì)有一小部分的作 29 用力，局部最大應(yīng)力值分別為 據(jù)上述分析，所有的應(yīng)力都低于材料的屈服強(qiáng)度 445此達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，推桿的設(shè)計(jì)符合要求標(biāo)準(zhǔn)。 向工況 圖 4向工況推桿等效位移圖 圖 4向工況推桿等效應(yīng)力圖 根據(jù) 析軟件得出的結(jié)果可以得到如下結(jié)論： a）由圖例可知，分析圖中的藍(lán)色區(qū)域表示的是應(yīng)力小的地方，紅色區(qū)域表示的是承受的應(yīng)力大的地方； b）由分析圖可知，在 X 軸方向上產(chǎn)生的應(yīng)力最大值為 3040 Y 軸方向上產(chǎn)生的應(yīng)力最大值為 18849 Z 軸方向上產(chǎn)生的應(yīng)力最大值為 3965關(guān)鍵點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力最大值為 26231 c）由于材料的屈服強(qiáng)度 445且所有點(diǎn)的應(yīng)力值都低于 [σ]，所以符合 30 強(qiáng)度要求。 31 5 結(jié)論 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，模擬仿真軟件迅速興起，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意義重大。以本文為例，對(duì)方程式賽車的前懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，模擬仿真具有十分重要的意義，其大大減少設(shè)計(jì)的時(shí)間和做實(shí)體實(shí)驗(yàn)的資金投入。通過模擬仿真，實(shí)現(xiàn)在沒有實(shí)體實(shí)驗(yàn)的情況下，得到設(shè)計(jì)過程中需要的數(shù)據(jù)參數(shù)，并進(jìn)行力學(xué)分析避免實(shí)體實(shí)驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。 本文以 賽用車的設(shè)計(jì)為畢竟， 針對(duì)其前懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，參照日前大量應(yīng)用在高端轎車中的獨(dú)立上橫臂懸架為基本框架，使用 三維建模軟件來設(shè)計(jì)，并使用 行了前懸架下控制臂的 向工況并且進(jìn)行了共振分析。具體的應(yīng)力與應(yīng)變分析步驟如下： （ 1）首先通過計(jì)算的方法確定懸架的基本參數(shù)，根據(jù)參數(shù)來進(jìn)行建模，及裝配。 （ 2）簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)硬點(diǎn)坐標(biāo)的三維模型建立了 車前懸架仿真虛擬模型 ; （ 3）仿真模型的仿真分析。四輪定位參數(shù)分析了懸架系統(tǒng)、輪距曲線平行輪跳動(dòng)的變化，然后利用 塊的一部分 ,更大范圍優(yōu)化的參數(shù)曲線 ,并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 ,對(duì)比曲線 ,優(yōu)化后的懸架可以改善汽車的操縱穩(wěn)定性 ; （ 4）建立前懸架的下控制臂的有限元模型，進(jìn)行了 速工 況， 向工況和共振分析計(jì)算。分析了下控制臂在三種工況下的變形以及應(yīng)力云圖，根據(jù)變形和應(yīng)力云圖得到大應(yīng)力及變形量，說明符合設(shè)計(jì)要求。 本說明書的設(shè)計(jì)與分析過程，完全可以指導(dǎo)獨(dú)立雙橫臂前懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化， 降低研發(fā)周期，減少研發(fā)實(shí)驗(yàn)投資，加強(qiáng) 輛的特性，創(chuàng)造開 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 一． 課題研究背景 列賽事由 國汽車工程師協(xié)會(huì) )主辦，目的在于挑戰(zhàn)世界各地大學(xué)本科生研究生團(tuán)隊(duì)設(shè)想、設(shè)計(jì)、制造小型方程式賽車的能力。為了給團(tuán)隊(duì)最大的設(shè)計(jì)靈活性和充分展示他們想象力和創(chuàng)造力的空間，比賽對(duì)整車的限制總體來說是比較少的。在參加比賽之前，車隊(duì)一般都要花費(fèi)八至十二個(gè)月的時(shí)間 去設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)賽車以及完成賽前準(zhǔn)備。在和來自世界其他大學(xué)車隊(duì)的比較過程中，賽事本身就給了車隊(duì)證明和展示車隊(duì)創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機(jī)會(huì)。 懸架系統(tǒng)是 電動(dòng)賽車 的一個(gè)重要組成部分。懸架 的 性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。因此，研究 電動(dòng)賽車 振動(dòng)，設(shè)計(jì)新型懸架系統(tǒng)，將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車質(zhì)量的重要措施 [1]。 懸架是將車輪和車架相連接的部件，懸架將承受來自地面通過車輪傳遞各種力和力矩，同時(shí)懸架的設(shè)計(jì)也影響著在跳動(dòng)時(shí)的輪胎姿態(tài)，這也極大影響著輪胎與地面的接觸特性，決定著輪胎的極限性 能能否充分發(fā)揮。換句話說，一臺(tái)良好的賽車必須要有一個(gè)性能良好的懸架系統(tǒng)。對(duì)于 車來說，懸架的設(shè)計(jì)是否成功也在很大程度上決定了整個(gè)賽車性能的水平 。 二 基于賽車和普通車輛的差異，本文將從賽車性能要求實(shí)際出發(fā)，對(duì)賽車的懸架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并研究懸架的性能以及相關(guān)參數(shù)對(duì)懸架系統(tǒng)性 能 的影響。在保證一定平順性的基礎(chǔ)上對(duì)其整體系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 力求使賽車具有良好操縱穩(wěn)定性。在初步完成對(duì)賽車的 懸架 設(shè)計(jì)結(jié)束后，為了更多更深入地了解賽車的性能，利用 件對(duì)懸架進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，得出懸架 的 基本性能。為進(jìn)一 步提高賽車操縱穩(wěn)定性性能提供數(shù)據(jù)積累，為此后的賽車設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。 三． 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外發(fā)達(dá)國家對(duì)車輛懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究起步較早，幾乎同步于獨(dú)立懸架誕生之日。德國的 J. 爾森·賴姆帕爾 )著的《汽車底盤技術(shù)》對(duì)各種懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)作了詳細(xì)的分析，對(duì)車輪定位參數(shù)做了準(zhǔn)確的定義，分析了他們的作用及其對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的影響。在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，描述了彈簧變形過程中車輪定位值的變化過程 :描述了彈簧各部件及鉸接處具有彈性，由輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位值的變化，并且給出 了一些典型車型的車輪定位參數(shù)的變化曲線，這些變化曲線都是實(shí)測(cè)得到的，可以用來進(jìn)行操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià) [2]。 由阿達(dá)姆·措莫托著的《汽車行駛性能》和安培正人著的《汽車的運(yùn)動(dòng)與操縱》，介紹了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車行駛性能的影響，在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析 [3,4] 寫的《車輛懸架》從懸架的理論建模、橡膠支撐的模型出發(fā)對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的理論分析作了較為深入的研究。在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，將懸架簡(jiǎn)化成多連桿機(jī)構(gòu)，用圖解法來分析輪胎的跳動(dòng)所引起的懸架變形 ;在懸架動(dòng)力學(xué)分析中，則對(duì)懸架模型作了受力分析，推導(dǎo)出變形與力的關(guān)系，并將橡膠襯套鉸接的處理簡(jiǎn)化成三根兩兩垂直的彈簧 [5] 德國的 車動(dòng)力學(xué)》卷 C 中詳細(xì)介紹了汽車操縱穩(wěn)定性和懸架性能之間的關(guān)系，并根據(jù)各種不同實(shí)車數(shù)據(jù)分析了不同子系統(tǒng)如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、助力系統(tǒng)及懸架系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的影響 [6]。 我國從 80 年代開始逐步開展對(duì)汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究，研究成果則多見于 90年代。其中，中國工程院院士郭孔輝所著的《汽車操縱穩(wěn)定性》對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)作了最為系統(tǒng)的分析，并且在國內(nèi)首次 提出了從側(cè)向力、縱向力轉(zhuǎn)向的角度研究懸架運(yùn)動(dòng)學(xué) [7]。吉林大學(xué)的林逸教授等人在 90 年代也先后在各報(bào)刊發(fā)表文章闡述了橡膠元件的基本性能，著重分析了獨(dú)立懸架中橡膠元件對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的和平順性的影響，并提出了處理運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的思路和方法 [8]。清華大學(xué)張?jiān)浇癫┦恐摹镀嚩囿w動(dòng)力學(xué)及計(jì)算機(jī)仿真》一書，重點(diǎn)介紹了整車多體系統(tǒng)彈性模型的建立方法 [9] 文獻(xiàn) [10]運(yùn)用 件建立了某車雙橫臂獨(dú)立懸架模型，在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上揭示了該懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 :適當(dāng)調(diào)整下控制臂與車架前安裝點(diǎn)的位置，可使懸架的抗點(diǎn) /抬頭性能、懸架剛度和側(cè)傾角剛度得到明顯改善。仿真分析結(jié)果 與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，該方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算懸架的多種性能參數(shù)。 文獻(xiàn) [11]用 立了某雙橫臂獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。在對(duì)車輪的側(cè)向滑移進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上看，車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量可以顯著降低，文獻(xiàn) [12]作者利用空間解析幾何的方法輪胎的磨損，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，從優(yōu)化結(jié)果情況將大為改善。對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析此方法計(jì)算過程中無需進(jìn)行坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)分析過程，使得計(jì)算更加方便程實(shí)際應(yīng)用。由于 易于工程實(shí)際應(yīng)用。 文獻(xiàn) [13]通過運(yùn)用 件對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真，分析該懸架的幾個(gè)定位參數(shù)在車輪上下跳動(dòng)時(shí)的變化，保證了汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性和回正特性，從而更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)。 文獻(xiàn) [14均給出了前輪定位參數(shù)的詳細(xì)定義及其對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響，為汽車懸架設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。 四． 懸架的設(shè)計(jì)流程 現(xiàn)代 車采用從外到內(nèi)的設(shè)計(jì)過程，懸架設(shè)計(jì)流程如下 : （ 1)首先要確定賽車主要框架參數(shù)，包括 :外形尺寸、重量、發(fā)動(dòng)機(jī)馬力等等。 （ 2)確定懸架系統(tǒng)類型，一般都會(huì)選用 雙橫臂式，主要是決定選用拉桿還是推桿。 (3)確定賽車的偏頻和賽車前后偏頻比。 (4)估計(jì)簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的四個(gè)車輪獨(dú)立負(fù)重。 (5)根據(jù)上面幾個(gè)參數(shù)推算出賽車的懸架剛度和彈簧的彈性系數(shù)。 （ 6）推算出賽車在沒有安裝防側(cè)傾桿之前的懸架剛度初值，并計(jì)算車輪在最大負(fù)重情況 下的輪胎變形。 參考文獻(xiàn) ： [1]孫建民 ,孫鳳英 . 汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 [J]. 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào) ,2001,01:57[2]耶爾森懶姆帕爾著，張洪欣，余卓平譯 [M]科學(xué)普及出版社， 1992 [3]阿達(dá)姆·措莫托著 春陽譯 M]1992 [4]安培正人著 汽車的運(yùn)動(dòng)與操縱 [M]1998 [5] ]. 987 [6] 汽車動(dòng)力學(xué) C 卷 (第二版 )[M]人民交通出社， 1997 [7]郭 孔輝 M]吉林科學(xué)技術(shù)出版社， 1991 [8]陳新，林逸，王煥明等 J]1996(5): 119]張?jiān)浇?M]吉林科學(xué)技術(shù)出版社， 1998 [10]宋傳學(xué)，蔡章林 雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿 [J]學(xué)版 )， 2004, 34(4): 55411]何耀華，閡斌云 雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì) [J] 車， 2006, 33(6): 7312]李文君，蔣永林，高樹新等 J}2006, 28(6): 529, 558 一 560 [13]呂振華，常放，楊道華 雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行仿真分析「 J} 2005(5): 714]李軍，孟紅，張洪康等 J}與動(dòng)力技術(shù)， 2001(4): 2415]趙亦希，黃宏成，劉奮 J}2001(1): 4016]史建鵬 J}2005(3): 1017]褚志剛，鄧兆祥，胡玉梅等 J}2003, 26(2): 87 一 89 [18]陳加國 J} 2004(2): 115 一 116 [19]董恩國，張蕾 車輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)「 J}2006(5): 106 開 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（ 途徑）： 一 計(jì) 流程： （ 1）首先要確定賽車主要框架參數(shù) 。 （ 2）確定懸架系統(tǒng)類型 。 （ 3） 對(duì)選定的懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。 二 參照國外 車先進(jìn)懸架形式， 對(duì) 中北大學(xué) 車的 前 懸架結(jié)構(gòu)形式 進(jìn)行 分析 ， 進(jìn)行必要 運(yùn)動(dòng)學(xué) \動(dòng)力學(xué)計(jì)算 ， 以及 主要元件設(shè)計(jì)計(jì)算 ， 同時(shí)需要 確定主要定位參數(shù)。 三 互聯(lián)網(wǎng)為媒介和載體，了解懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 對(duì)這一課題的研究目的 與 任 務(wù)更深入的了解 ； 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見 ： 該 學(xué)生的選題，緊扣專業(yè)方向、緊扣現(xiàn)實(shí)，做到理論與實(shí)踐結(jié)合、與實(shí)習(xí)體會(huì)結(jié)合，有現(xiàn)實(shí)意義，有完成選題的能力和條件，其開題報(bào)告體現(xiàn)了我院培養(yǎng)高級(jí)實(shí)用型人才的目標(biāo)的要求。 且該生對(duì)于所開課題進(jìn)行了較為詳盡的調(diào)研，參考了許多文獻(xiàn)，最后確定的課題具有一定的實(shí)用價(jià)值。本課題是學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的延續(xù)，符合學(xué)生專業(yè)發(fā)展方向，對(duì)于提高學(xué)生的基本知識(shí) 和技能，對(duì)于提高學(xué)生的研究能力有益。研究方法和研究計(jì)劃基本合理，難度合適，學(xué)生能夠在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成該課題的設(shè)計(jì)。 同意參加開題報(bào)告答辯。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 附件：參考文獻(xiàn)格式 學(xué)術(shù)期刊 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 期刊名稱，出版年份，卷 (期 )：頁次 如果作者的人數(shù)多于 3 人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號(hào)隔開。例如： [1] 李峰 ， 胡征 ， 景蘇等 . 納米粒子的控制生長(zhǎng)和自組裝研究進(jìn)展 . 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)， 2001, 17(3): 315~324 [2] of 2001,233:5～ 7 學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 文集編者姓名 ﹒ 學(xué)術(shù)會(huì)議文集名稱，出版地：出版者，出版年份：頁次 例如： [3] 司宗國，謝去病，王群 ﹒ 重子湮沒快度關(guān)聯(lián)的研究 ﹒ 見趙維勤，高崇壽編 ﹒ 第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會(huì)文集，北京：中國高等科學(xué)技術(shù)中心， 1996： 105 圖書 著者 ﹒ 書名 ﹒ 版本 ﹒ 出版地：出版者，出版年 ﹒ 頁次 如果該書是第一版則可以略去版次。 例如： [4]韓其智，孫洪洲 ﹒ 群論 ﹒ 北京：北京大學(xué)出版社， 1987﹒ 101 預(yù)印本 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 預(yù)印本編號(hào)（出版年份） 例如： [5]uo to 810548(1998) 學(xué)位論文 作者 ﹒ 論文題目 ﹒ 學(xué) 士 (或碩士、博士 )學(xué)位論文 . 出版地：出版者，出版年份 例如： [6] 陳異 . 納米粒子形貌控制研究 . 碩士學(xué)位論文 . 北京 ： 中國科學(xué)院 , 2002 電子文獻(xiàn) 主要責(zé)任者 . 電子文獻(xiàn)題名 ﹒ 電子文獻(xiàn)的出處或可獲地址 . 發(fā)表或更新日期 例如： [7] 王明亮 . 關(guān) 于 中 國 學(xué) 術(shù) 期 刊 標(biāo) 準(zhǔn) 化 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 工 程 的 進(jìn) 展 . , 1998 專利 專利所有者 . 專利名稱 . 專利國別：專利號(hào)，日期 . 例如： [8] 姜錫洲 中國專利： 881056073， 1989