FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含5張CAD圖紙+帶任務(wù)書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj16
FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
摘要：本畢業(yè)設(shè)計對FSAE賽車后懸架的結(jié)構(gòu)及特點進行比較，綜合比對選取適合的后懸架類型；我們最后決定FSAE賽車的后懸架選用多連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)賽車參數(shù)，進行了大量的計算，根據(jù)數(shù)據(jù)確立了后懸架的尺寸，材料，以及懸架部件的選取以及參數(shù)，然后利用 proe 建立 FSAE 賽車后懸架的三維機構(gòu)仿真模型；在建立三維模型的過程中，根據(jù)坐標來建立三維模型，這樣的精度高。將三維模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS 中，進行靜力學(xué)計算，以及動態(tài)分析，對后懸架下控制臂的0.5g加速工況，0.95g轉(zhuǎn)彎工況的應(yīng)變和應(yīng)力進行分析，最后證實了設(shè)計滿足要求，且存在安全富裕度。然后進行共振分析，分別選取了五種狀態(tài)下的振型與固有頻率進行比較，來判斷下控制臂的結(jié)構(gòu)和材料是否滿足設(shè)計要求，經(jīng)過比較得出了下控制臂滿足設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：FSAE賽車；懸架；校核；有限元
Lightweight Design Light Truck Chassis
Abstract:After the graduation design of FSAE car suspension structure and characteristics of comparison, choose the right rear suspension structure types; The FSAE car suspension parameter calculation,then The FSAE car rear suspension was established based on CATIA 3 d model; Establishment of ADAMS/Car suspension and a simulation model of virtual simulation analysis was carried out on the rear suspension of variation is larger suspension parameters optimization using ADAMS/Insight module; The CATIA model into ANSYS, the static calculation, the suspension column under static, steering and braking conditions of strain and stress were analyzed, and to determine whether a column structure and materials meet the design requirements.Under the environment of ADAMS/Car,Control arm to the traditional process of casting or forging, using the casting and forging can not only save costs, and can lay a foundation for parts of the whole control arm design. In addition, the control arm parts are large stamping equipment, although it into during increased manufacturing difficulty, but it makes a connection with the interchangeability, and the loss of castings and forgings connection part after school as soon as possible to replace the entire assembly. This paper discusses the control arm is made of steel plate stamping forming process, and established the virtual simulation model of automobile suspended frame suspension dynamic simulation analysis. Through the finite element software ANSYS finite element theory and method to create the finite element model, 0.5 g acceleration condition, 0.95 g to jump condition on the working condition and 3.5 g. Stress and strain analysis.
Key words: finite element method (fem); The frame; Lightweight; check
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2 國外研究現(xiàn)狀 3
1.3 本章小結(jié) 3
2 FSAE后懸架的建立 4
2.1 FSAE賽車懸架的選擇 4
2.2 后懸架參數(shù)設(shè)計 5
2.2.1 后懸架固有頻率的選擇 6
2.2.2 四輪定位參數(shù) 6
2.2.3 FSAE賽車懸架剛度計算 7
2.3 本章小結(jié) 10
3 對FSAE的后懸架進行三維建模 11
3.1 懸架運動學(xué)特性分析 13
3.2 本章小結(jié) 16
4 控制臂有限元分析 17
4.1 有限元法的介紹 17
4.2 控制臂有限元模型建立 17
4.2.1 幾何模型 17
4.2.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 18
4.2.3 材料屬性定義 19
4.2.4 慣性釋放及模型的約束與加載 19
4.3 典型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析 20
4.3.1 0.5g加速工況 20
4.3.2 0.95g轉(zhuǎn)向工況 21
4.4 共振分析 22
4.5 本章小結(jié) 25
5 結(jié)論 26
參 考 文 獻 28
致 謝 30
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FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析中期報告.doc
FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析任務(wù)書.doc
FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析開題報告.doc
FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析答辯PPT.ppt
后懸上控制臂A3.dwg
后懸下控制臂A3.dwg
后懸架上下叉臂裝配圖A1.dwg
后懸架裝配圖A0.dwg
搖臂A3.dwg
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開 題 報 告 文 獻 綜 述 一、概述 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（ 簡稱： 一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。 一項非盈利社會公益性事業(yè)，項目的運營和發(fā)展整合了優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對 目投入的人力支持和資金支持將全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學(xué)生設(shè)立賽事獎金。 2010 年第一屆 中國汽車工 程學(xué)會、中國 21 所大學(xué)（專）汽車院系、易車（ 合發(fā)起并成功舉舉辦 ,截止 2012 年 11 月份，中國已經(jīng)連續(xù)舉辦了 3屆 賽，參賽隊伍數(shù)量已經(jīng)由 2010 年的 20 支上升到 2012 年 41 支。與此同時，北京理工大學(xué)、同濟大學(xué)、廈門理工大學(xué)等學(xué)校先后成立 隊，并赴國外參賽，積累了一定的比賽經(jīng)驗。 足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，吸收并借鑒其他國家 事成功經(jīng)驗，以培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師為目標的公共教育平臺。 過全方位培訓(xùn)，提高學(xué)生們的設(shè)計、制造、成本控 制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)作等五方面的能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積蓄人才。 車的主要目的是為了全面提升學(xué)生的綜合能力，同時通過活動創(chuàng)造學(xué)術(shù)競爭氛圍，為院校提供交流平臺，進而推動學(xué)科建設(shè)的提升。 美國 車相比于其他國家發(fā)展較早，其可追溯至 20 世 70 年代 車運動。 1981 年，第一屆 賽在美國奧斯汀德克薩斯大學(xué)舉行。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展， 車運動在世界影響力日益凸顯，比賽規(guī)模日益擴大。 1998 年，英國機械工程師協(xié)會舉辦了第一屆英國 賽，從此 駐歐洲； 2000 年，澳大利亞舉辦第一屆 賽； 2003 年， 始在日本舉行， 車比賽正式落戶亞洲；此外，巴西、意大利、德國等國家也相繼舉行了 車比賽。另外， 車比賽的深度也有所增加。除了傳統(tǒng)的燃油車比賽，德國、日本、英國等國家也開始愈加重視電動汽車比賽的推動，德國于 2010 年開始舉辦了 動賽車比賽，拓展了 賽新領(lǐng)域，豐富了 內(nèi)涵。 二、懸架的設(shè)計及優(yōu)缺點 1、懸架的設(shè)計 懸架是汽車 上重要的組成部分 ,它是車架或承載式車身和車橋或車輪之間彈性連接并傳遞力和力矩的裝置的總稱。汽車懸架直接關(guān)系到汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性。其主要功能有把路面作用于車輪的垂直反力支承力、縱向反力驅(qū)動力和制動力、側(cè)向反力以 及這些反力所造成的力矩傳遞到車架或車身上。與輪胎一起 ,吸收和緩沖汽車行駛中由于路面不平所造成的各種制動和沖擊 ,從而保證乘客乘坐舒適和貨物的安全。使車身和車輪之間保持有適當?shù)膭討B(tài)幾何關(guān)系 ,即車輪跳動時應(yīng)有正確的運動規(guī)律。懸架一般有起著緩沖作用的彈性元件、減振作用的減振器、導(dǎo)向作用的導(dǎo)向機構(gòu)三部分組 成。懸架按左右兩側(cè)車輪的運動是否關(guān)聯(lián) ,可分為非獨立懸架和獨立懸架。 其中 ,非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是汽車兩側(cè)車輪安裝在一根整體式車軸的兩端。一側(cè)車輪上下跳動時 ,一定會影響到另一側(cè)車輪的定位參數(shù)主要是車輪外傾的改變 ,但車輪距不會變動。而獨立懸架結(jié)構(gòu)特點是左右兩側(cè)車輪之間沒有剛性的車軸 ,車輪獨自通過懸架的彈性元件和導(dǎo)向桿系與車架相連。在左右車輪的運動關(guān)系上 ,當一側(cè)車輪跳動時 ,對另一側(cè)車輪的定位參數(shù)不產(chǎn)生影響。車輪之間沒有運動干涉的結(jié)構(gòu)決定了它較非獨立懸良好的性能。本次畢業(yè)論文所研究的多連桿后獨立懸架主要包括 上橫臂、下前后擺臂、縱向推力桿、減振器、螺旋彈簧等 ,它們通過橡膠襯套和各種約束連接，其結(jié)構(gòu)如圖 1所示 圖 1 1一減振器； 2、 12一固定支架； 3一縱向推力桿； 4一輪毅； 5、10一連接桿； 6一后擺臂； 8一副車架； 9、 13一上擺臂； 11一制動器； 14一前擺臂；15一墊圈； 16一穩(wěn)定桿 17、 18一襯套 . 懸架系統(tǒng)設(shè)計是賽車總體設(shè)計的一個重要組成部分，懸架的性能決定了賽車的性能 表現(xiàn)。懸架設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，涉及的參數(shù)計算和 考慮因素比較多。不同的車型對懸架提出的設(shè)計要求是不同的。如一般轎車對懸架提出的設(shè)計要求有： 1）保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性； 2）具有合適的衰減震動能力； 3)保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；4)有良好的隔音能力； 5)汽車制動或加速時，要保證汽車穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適； 6)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要?。?7)可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力與力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。如圖 2，典型的 多連桿 獨立懸掛 結(jié)構(gòu)圖 。 圖 2 而 要滿足以下要求： 1）要具有合適的衰減震動的能力； 2）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性； 3）質(zhì)量要輕； 4）駕駛員操作和控制容易； 5）安裝方便并且易于調(diào)整； 如圖 3、 4 所示，是國內(nèi)外賽車后懸架圖 圖 3 圖 4 2、多連 桿式懸架的優(yōu)缺點 多連桿懸架的優(yōu)點可以自由的確定主銷偏移距 ,減小因徑向載荷引起的干擾力和力矩很好地控制了在制動和加速期間車的縱向點頭運動有利于控制車輪的前束、外傾和輪距寬度變化 ,因此具有良好的操縱穩(wěn)定性可有效地降低輪胎的磨損 ,延長其使用壽命從彈性運動學(xué)角度來看 ,在側(cè)向力和縱向力條件下前束角的改變以及行駛舒適性都能得到精確的控制車輪受力點分散 ,因此連桿可以做得較細小 ,減輕了質(zhì)量。多連桿懸架的缺點結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,裝配要求高。桿件的增多 ,占用空間大 ,車輪跳動時會出現(xiàn)過約束的現(xiàn)象。桿件之間需要襯套 ,增加襯套的磨損。研發(fā)維 修成本高。多連桿懸架系統(tǒng)是傳統(tǒng)懸架中最先進的懸架系統(tǒng)。但多連桿懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,材料制造要求較高 ,維修困難 ,成本較高 ,使它 多用于中高檔轎車。 賽車多連桿后獨立懸架設(shè)計流程 1、懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型 2、設(shè)計車型指標的分析與確定 3、導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 4、彈性元件設(shè)計 5、橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 6、減振器設(shè)計 7、動態(tài)仿真 8、生成包洛體 參考文獻 ： [1] 劉松濤，劉云龍，吳寧寧，等 2010 年賽車設(shè)計報告 [R]海：中國汽車工程學(xué)會， 2010： 3[2] 余志生 M] 機械工業(yè)出版社， 2006： 161[3] 王望予 M] 械工業(yè)出版社， 2002： 134[4] 李嫚 車懸架的優(yōu)化設(shè)計及分析 [D] 哈爾濱工業(yè)大 學(xué)， 2011. [5] 吳健瑜，羅玉濤，黃向東 車雙橫臂懸架優(yōu)化設(shè)計 [J]計與制造， 2011（ 10）： 120[6] 李大元． 低碳經(jīng)濟背景下我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策研究［ J］． 經(jīng)濟縱橫， 2011（ 2）： 72－ 75． [7] V:[M]. 001 [8] EV ]. 001 [9] 余志生．汽車理論 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2000 [10] 王望予主編 北京 2006 [11] a ]999 [12] 牛禮民等 , 汽車工程師 , 2012 (09). [13] 羅鑫源，楊世文，楊軍，王拖連 ,基于 公路與汽運 ,[14] 侯永濤等 , 基于 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析系統(tǒng) . 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2011(12). [15] 賈寶，梅雪峰 , 汽車雙橫臂獨立懸架參數(shù)優(yōu)化與仿真研究 . 沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報 ,2012(06) [16] 孫濤，呂彩琴，王凱，孫經(jīng)瑞 , 汽車雙橫臂獨立懸架的建模與仿真 . 信息技術(shù) ,2011(04) [17] 麻友良．電動汽車概論［ M］． 北京：機械工業(yè)出版社， 2012． [18] 陳家瑞．汽車構(gòu)造 (下冊 ) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2006 [19] 張洪欣 M] 機械工業(yè)出版社 ,1999 開 題 報 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）： 本課題的 設(shè)計 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） 對選定的懸架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計分析。 需解決的問題： 參照國外 車先進懸架形式， 對 中北大學(xué) 車的后獨立懸架結(jié)構(gòu)形式 進行 分析 ， 進行必要 運動學(xué) \動力學(xué)計算 ， 以及 主要元件設(shè)計計算 ， 同時需要 確定主要定位參數(shù)。 研究手段： 互聯(lián)網(wǎng)為媒介和載體，了解懸架的結(jié)構(gòu)特點。 對這一課題的研究目的 與 任務(wù)有更深入的了解 ； 畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃 ： 2 月 13 日 ~3 月 3 日 查閱相關(guān)文獻 ， 學(xué)習(xí)相 關(guān)設(shè)計軟件，完成開題報告與 外文翻譯； 3 月 5 日 ~3 月 10 日 完成開題答辯及開題報告修改； 3 月 13 日 ~4 月 7 日 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，掌握 用方法； 4 月 10 日 ~4 月 30 日 根據(jù)收集到的資料進行 獨立懸架 設(shè)計； 5 月 5 日 ~5 月 30 日 撰寫畢業(yè)論文，包括設(shè)計說明書； 6 月 1 日 ~ 6 月 10 日 完成設(shè)計說明書及圖紙初稿、指導(dǎo)教師評閱、定稿 畢業(yè)設(shè)計的評閱 ； 6 月 11 日 ~6 月 15 日 答辯 ； 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見 ： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日