FSAE電動賽車多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析【獨家課程畢業(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】

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.doc

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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I 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 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 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 立 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 ，進行靜力學(xué)計算，以及動態(tài)分析，對后懸架下控制臂的 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： 車 ； 懸架 ；校核 ； 有限元 of d ar a of on of is of to a to of or a of In it it a of as as to is of of to 0.5 g g to on .5 g. 錄 摘要 ................................................................. I ........................................................... 錄 ........................................................... 緒論 ............................................................... 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 ..................................................... 1 外研究現(xiàn)狀 ..................................................... 2 章小結(jié) ......................................................... 3 2 懸架的建立 .................................................. 3 ............................................... 3 懸架參數(shù)設(shè)計 ................................................... 5 懸架固有頻率的選擇 ........................................... 5 輪定位參數(shù) ................................................... 6 ........................................... 6 章小結(jié) ......................................................... 9 3 對 后懸架進行三維建模 ....................................... 10 架運動學(xué)特性分析 .............................................. 13 章小結(jié) ........................................................ 16 4 控制臂有限元分析 .................................................. 16 限元法的介紹 .................................................. 16 制臂有限元模型建立 ............................................ 17 何模型 ...................................................... 17 格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 ........................................ 18 料屬性定義 .................................................. 18 性釋放及模型的約束與加載 .................................... 19 型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析 ................................ 19 .................................................. 19 ................................................. 20 振分析 ........................................................ 22 章小結(jié) ........................................................ 25 5 結(jié)論 .............................................................. 26 參 考 文 獻 ...................................................... 27 致 謝 ............................................................ 29 1 1 緒論 在社會上的經(jīng)濟的支持下，為我們大學(xué)生提供一個發(fā)揮長處的平臺，經(jīng)過有關(guān)部門的的大力支持，以及大學(xué)生踴躍的參 加，已經(jīng)在不斷地走向成熟。在 15個國家都有涉及，和一個世界上最大的外匯交易商成員 (福匯外匯資本市場有限公司 (K)的密切合作。公司在全球金融部門都有涵蓋，是一個最好的資產(chǎn)管理服務(wù)。新興市場的專業(yè)知識和豐富的經(jīng)驗使其在十年內(nèi)迅速增長。福賽斯提供不同層次的投資服務(wù) 和產(chǎn)品通過品牌基金和信托。在 2013 年初，新加坡亞洲辦事處已經(jīng)悄然布局在中國大陸。由自愿參加中國高等院校汽車工程或類似專業(yè)的大學(xué)生 ,老師做指導(dǎo)團隊報名參加活動。 賽事的要求；團隊通常由 10人來報名參賽， 8到 12個月的時間設(shè)計、構(gòu)建、測試和準備 比賽。與大學(xué)相比，來自世界各地的各個團隊，競選團隊證明和展示他們的創(chuàng)造能力和工程能力。為了實現(xiàn)我們的目標的，一家制造公司聘請的設(shè)計、制造和演示用于評估公司生產(chǎn)項目的原型。所以，汽車務(wù)必要在加速、剎車和操作性能上發(fā)揮到極致。汽車被要求成本要低，維修要方便，可靠性要好。除此之外，還要考慮到市場銷售的因素，車輛不僅僅要求美麗 ,舒適 ,而且也需要有通用的零件部分。制造企業(yè)的生產(chǎn)計劃是每天生產(chǎn)四輛汽車，并要求詢問的原型實際成本不能少于 25000美元 。而我們的的工作人員在工作中面臨許多的挑戰(zhàn)，就像我們的任務(wù)似得，讓我們設(shè) 計一個在各方面都能行走的汽車。所有設(shè)計過程將要與競爭對手一一比較和評估，由于汽車行業(yè)的不斷創(chuàng)新驅(qū)動技 術(shù)的發(fā)展，純電動汽車，也將很快在能更好地適應(yīng)時代發(fā)展的需要。第一個 是德國組委會進行了很大的推廣純電動汽車。而且提高大學(xué)生的專業(yè)工程技術(shù)水平的類型為懸架的設(shè)計提供了理論依據(jù) [1]。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 從 2000 年以后，中國在懸架方面，取得了突飛猛進的進步。西安交通大學(xué) ，阮教授通過 件對 架進行分析 [2]， 通過定義參數(shù) ， 對最后生成的 數(shù)據(jù)進行分析比對 ， 這樣最終才確定了懸架模型 。 汽車企業(yè) 通過虛擬仿真的應(yīng)用 ,這樣做的好處不單單是能夠降低生產(chǎn)成本，更能夠減少研發(fā)所需要的時間。 如 北京汽車 公司 ， 通過 有限元分析 汽車懸架 。 優(yōu)化并開發(fā) 新型結(jié)構(gòu)，例如北京理工大學(xué) 張 利 2 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 切入點來說和 一般家用 汽車有很多的相 同 性 ， 利用 塊優(yōu)化懸掛參數(shù) ， 以改善懸架的性能。 清華大學(xué) 李 教授 使用 塊 對 輪胎定位參數(shù)的分析和優(yōu)化。 中國 從 2010 年開始推行 國內(nèi) 的 大學(xué) 生團隊開始 快速發(fā)展 ， 通過2013年的情況 來看 ， 比賽 已經(jīng)擴大到 60 多個團隊參與。 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)計已經(jīng)取得了卓越的成績 ， 如 :上海交通大學(xué)的 邊界 處理 ， 整個汽車的制造和測試的細節(jié)。湖 北 大學(xué)的第一輛車 。 我的設(shè)計是在且在設(shè)計的過程中利用了相關(guān)的軟件進行各種各樣的模擬，通過對前期的有關(guān)的數(shù)據(jù)的選擇，在后續(xù)的設(shè)計可能達到好的結(jié)果。 要解決這些問題 ， 在八零年代 ,研究人員在國外許多勘探進行了懸架運動學(xué)的基礎(chǔ)上 ， 大量的制造商對汽車懸架運動學(xué)特性的應(yīng)用程序 ， 經(jīng)過大量的試驗 ， 導(dǎo) 致一系列 的相對完整的理論體系。 湖北大學(xué)的賽車后懸架。如圖 圖 后懸架 外研究現(xiàn)狀 30年的發(fā)展， 場比賽 和由 15個國家 參加的大 3 賽， 和數(shù)百個世界頂尖大學(xué)的年輕工程師團隊參與活動。 013年舉行的 國家 有數(shù)十個之多 [4]。 2009美國麻省理工學(xué)院對 率先 使用雙橫臂 的前后 懸架。 采用 推桿 與 立柱 成為一個整體從而阻止下橫臂發(fā)生應(yīng)力集中。麻省理工學(xué)院的賽車后懸架如圖 圖 后懸架 章小結(jié) 本章對 車的后懸架進行了大量研究，從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，主要是運用 塊 進行分析論證，從而縮短研發(fā)時間，完成設(shè)計，校核強度的設(shè)計要求。 2 懸架的建立 車懸架的選擇 4 由于有限的賽車空間，并要求操縱的穩(wěn)定性，處于安全性的考慮 ,外國汽車獨立懸架采用較多。普通汽車權(quán)衡的是性能和舒適，很少會使用車輛性能的極限，大多數(shù)比賽希望利用其最大性能。這就是所謂的賽車設(shè)計跟普通汽車的設(shè)計有著很大差 別的原因。 懸架 不僅是大學(xué)生方程式賽車的一個結(jié)構(gòu)更是起著至關(guān)重要的作用 ,其性能就更 為突顯出 來了 。我們在設(shè)計中，一定要嚴格按照相關(guān)比賽的規(guī)章制度要求來做。賽事對懸架 有一些嚴格的要求 為 :汽車必須 有 減振器懸架系統(tǒng) ， 此系統(tǒng) 可以完全 被駕駛員 控制 ， 前后車輪的有效沖程至少英寸 ， 可靠的安全座椅 ，技術(shù)檢查的時候，全部安裝在上面的懸掛點一定要求是能看見的，有的直接看見有的打開蓋子看見。 賽 車 的 懸架系統(tǒng)大致 與 家庭汽車 相同。 而且還根據(jù)司機的要求 ， 調(diào)整轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的狀態(tài) ， 也是由于這些原因， 懸架 被 工程師們設(shè)置 為可調(diào) 的 。 通過不 同的賽事規(guī)則制度跟賽車手對其比賽的要求，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整改動其所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)響 應(yīng)特性。日常生活里的比 賽，大多數(shù)賽車懸架一般情況都會設(shè)計為不足轉(zhuǎn)向。要求學(xué)生 賽車 在轉(zhuǎn)彎速度盡可能快 ,不打滑 ,不僅如此 ,汽車將時間也縮短 ， 進而 加速時間縮短。也試圖讓汽車盡可能發(fā)揮出它的性能。賽車懸架應(yīng)當(dāng)具備下列條件 : 1) 簡單，快速，被駕駛員輕易控制 ； 2) 無論是縱向還是橫向的都能承受很大的力； 3) 質(zhì)量輕 ； 4) 可以根據(jù)路面的要求快速調(diào)整； 5) 安全、可靠。 我相信，通過前面的介紹，我們都對后懸架有了一個客觀的認識，對他的作用也有一個清晰的認識，他的一般作用就是對車輪的外傾向和前束進行有效的控制 。這樣以來不單單表現(xiàn)在轉(zhuǎn) 彎的時候的操作控制 也能兼一定的舒適性 。 在這一點上 考慮 ， 前后連桿的角色定位是固定的車輪總是在一個范圍值和螺旋彈簧的沖擊 。 可以上下運動的杠桿來吸收振動能量 ， 主要控制臂的工作是協(xié)調(diào)和控制桿保 持車輪跳 動率 ， 使車架總是處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。多連桿懸架 ,像一個鎖定機制 ,牢牢固定在半軸的 前端。 因為多連桿懸架類型有三個或更多的連桿 ,連桿的變化將影響到前輪定位參數(shù) ,包括地面空間的每一個環(huán)節(jié) ,X,Y,Z 三個方向和軸向變形的六個自由度。 每一個地面點 ,有六個自由度 ,設(shè)計多連桿懸掛 ,自由度很大 ,可以根據(jù)不同的匹配和校準不同的模型 。 如果 轉(zhuǎn)彎 工況 時，后面的車輪的轉(zhuǎn)動方向正好和前面的 5 車輪（司機所控制的轉(zhuǎn)向車輪）方向不一致，這種情況下 ，前面后面的定位連桿所起的用處就慢慢的顯現(xiàn)出來了， 使角度 在 安全的范圍之內(nèi) 。 后輪的前束角被控制在了允許的變化區(qū)間中 。 多連桿懸架 相比較其他懸架的優(yōu)勢就在于更加準 確 的 控制車輪與地面接觸的角度 ， 使其具有最大的附著力。 [8]我們在設(shè)計的過程中，應(yīng)該將輪胎與地面的接觸面積提高到最大，這樣在行車的時候車輪就有較大的抓地力，我們也更容易操控。 通過仔細的查閱有關(guān)的資料，我們確定本次設(shè)計為多連桿形式的后懸架。 懸 架參數(shù)設(shè)計 表 車參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 賽車長度 /800 賽車高度 /260 軸距 /720 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車質(zhì)量 / 260 最高車速 /(km/h) 》 120 懸架固有頻率的選擇 參考中北大學(xué)方程式賽車，設(shè)計懸架和簧載質(zhì)量構(gòu)成振動系統(tǒng)的固有頻率，現(xiàn)代汽車質(zhì)量的分布系數(shù)約為 1，因此 ,前后的振動的車架上沒有關(guān)系。后懸架的固 6 有頻率 ? N/m） 不同 類型 的汽車的 固有頻率 是不 同 的， 固有頻率通常設(shè)定為 5考慮到 駛員 的 技術(shù)水平 。 車固定擁有的頻率通常選擇相對的降低一點點，經(jīng)以上計算得出， 本校賽車的后 偏頻初定為： 輪定位參數(shù) 四輪定位的參數(shù)我們需要不斷地壓制，也減少在運動的過程中輪和轉(zhuǎn)向部件之間的損失 ,并使汽車沿直線行駛的能力和轉(zhuǎn)向的輕便性。它的參數(shù)為主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、外傾角及前束角 [9]。 1） 主銷后傾角。主銷上稍微向后傾斜。如果角度太大 ,即使可以改善線性運動特性，但它會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向太沉。 2） 主銷內(nèi)傾角。主銷內(nèi)傾角是指汽車轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸或獨立懸架擺臂球銷的中心和球頭銷下擺臂的鉛垂線垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的平面投影的銳角 [10]。 3） 外傾角。車輪外傾角顧名思義就是是車輪安上去后 ,它朝著外側(cè)傾斜 ,使得輪胎的形狀表現(xiàn)出“ 8”字形被稱為負外傾角。否則為正外傾。 4） 前束。前輪前束說的是車架所指的方向和前輪水平面所形成的角，也是和前端面對之前減去結(jié)尾后在 表 車定位參數(shù)取值范圍 綜合以上內(nèi)容考慮，外傾角為 主銷后傾角為 0°，主銷內(nèi)傾角為 0°，前束為 0°。 車懸架剛度計算 表 參照中北大學(xué)賽車數(shù)據(jù) 定位參數(shù) 外傾角 主銷內(nèi)傾角 主銷后傾角 前束 后懸架 0° 0° 0° 0° 7 1. 總剛度計算 總剛度是指輪胎接地點相對車架或車身單位垂直位移時所受到的垂向力 [11]。后懸架乘適剛度由式可得； 2. 最大垂直方向力 懸架剛度意思就是汽車在坑坑洼洼的路上行駛的時候，所能夠承受的最大垂直方向力 ?？偟膭偠?中包含輪胎和車架的剛度 ， 因此所 算出來的 還需要減去輪胎的剛度，才能成為我們所求的懸架剛度。 見式可得到 : 式中：為輪胎徑向剛度。 已知輪胎徑向剛度 350000 N /m 5741N/m 3. 彈簧剛度及傳遞比 彈簧是買過來的，一般情況是給出一個固定不變的來，接著用它來算出傳遞比，再去設(shè)計。 表 彈簧規(guī)格 彈簧規(guī)格 250 300 350 400 KN/m） 架傳遞比 是指當(dāng)懸掛的中心輪和軸向位移的比值 ,減震器彈簧將跳過。根據(jù)參數(shù) 總質(zhì)量 (簧載質(zhì)量(非簧載質(zhì)量(質(zhì)心高度(m) 軸距 (m) 輪距 (m) 側(cè)傾中心高度（ m） 輪胎半徑 (m) 后懸架 6 720 8 利用懸架跳動時 傳動比能把車輪跳動的變化量轉(zhuǎn)變成減震器上的彈簧的運動 ，根據(jù)傳 遞 比公式 1 ?經(jīng)以上計算 ， 最終確定代號為 350 的螺旋彈簧 ， 計 算 所的 后傳遞比為 尼計算 1. 減震器阻尼系數(shù) 減震器阻尼 系數(shù)的算法公式可以根據(jù)下面這個式子計算出來 ??? ?????為阻尼系數(shù)。 表 減震器阻尼對平順性的影響 相對阻尼系數(shù) 平順性 壓縮 復(fù)原 垂向加速度 懸架動撓度 相對動載荷 中 中 中 中 中 中 中 低 低 低 低 高 中 中 低 低 9 一般狀態(tài)下，車架低于正常位置時用小的相對阻尼系數(shù) ，車架要是高于正常位置時，我們則應(yīng)該選取用大的相對阻尼系數(shù) 。如果采用小壓縮行程阻尼則可以使汽車的震動降到最低 ,同時選擇較大的阻尼可以使震動減少。上述表我們可以看到，相對 恰當(dāng)?shù)膹?fù)原行程 應(yīng)該在 間，壓縮行程 應(yīng)該在 間。 經(jīng)過上述的討論，最終確立了 車壓縮和回彈阻尼相對系數(shù)為： = =根據(jù)公式，能分別得到后懸架減振器的壓縮阻尼系數(shù)與回彈阻尼系數(shù) [12]， 后懸壓縮阻尼系數(shù)： m/Y ?? 后懸回彈阻尼系數(shù)： m/S ??2. 橫向穩(wěn)定桿計算 由公式可推出橫向穩(wěn)定桿直徑； ? ? ? ?4 2223312 4213128 ?????? ?????? b?? （ 其中 后輪距 1180步選取 000377mm 8 02 ???? 64360 222221 ????? b /300?? 所以 d= 29章小結(jié)本章主要是對 車的后懸架確定 物理尺寸，根據(jù)任務(wù)書所給出的參數(shù)，進行了固有頻率的計算，以及四輪定位參數(shù)的設(shè)計。針對四輪參數(shù)，取為， 低 低 10 銷內(nèi)傾角 0，主銷后頃角 0，前束 0，然后計算后傳遞比為 要有橫向穩(wěn)定桿，本設(shè)計計算得橫向穩(wěn)定桿的直徑為 3 對 后懸架進行三維建模 傳統(tǒng)車輛的多連桿懸架結(jié)構(gòu) 優(yōu)勢在于可以過濾掉大部分的震動，和輪胎多余的彈跳 ， 重新調(diào)整優(yōu)化后相比于未優(yōu)化前，對車輪的控制大大增強 ，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)向機構(gòu) 剛度和車輪定位參數(shù) 的匹配 。 參照 型的建立條件及假設(shè)如下 : 1) 車輛底盤及副車架均為剛性體 ； 2) 輪轂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和各連桿均為剛性體； 11 3) 將懸架中所有結(jié)構(gòu)均視為剛體 圖 后懸架裝配圖 圖 后懸架上控制臂 12 圖 后懸架下控制臂 用 圖 后懸架三維裝配圖 表 模 型中懸架的部分硬點坐標 硬點名稱 初始坐標 mm x y z 上前連桿與副車架連接點 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點 后連桿與副車架連接點 45 后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點 0 前連桿與副車架連接點 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點 13 下后連桿與副車架連接點 后連桿與轉(zhuǎn)向 節(jié)連接點 后連桿與副車架連接點 0 后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點 震器上鉸接點 震器下鉸接點 前車輪輪心 0 架運動學(xué)特性分析 懸架運動學(xué)特性方面的仿真試驗，電動汽車的一些性能參數(shù)見表 2，模型仿真參數(shù)，設(shè)置仿真步數(shù)為 90，車輪上下跳動量為 45 表 車性能參數(shù) 參數(shù) 名稱 數(shù)值 賽車長度 /800 賽車高度 /260 軸距 /720 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車質(zhì)量 / 260 最高車速 /(km/h) 》 120 運用軟件分析，我們在最后可以得到如圖 4 ～圖 8所顯示的結(jié)果 。 圖 常生活中的部分車輛，后輪的前束角理想情況下 : 在向 14 上跳動的過程里，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。從上面的圖 4 可以得到，該車懸架結(jié)構(gòu) 的前束值為( － 0° ) / + 50現(xiàn)出來為零前束或者是弱負前束特征，能夠使車輛行駛的直線穩(wěn)定性和車輛的不足轉(zhuǎn)向的特性得到一定的保障。由此可見，前束角滿足設(shè)計要求。圖 前束角隨車輪上下跳動的變化曲線 圖 輪在豎直的方向上跳動時后輪之間 的距離的變化率。后輪輪距變化量較為理想的變化特征 : 后輪在上下跳動過程中，輪距變化盡可能的小，我們最后可以得到它所允許的范圍為 ± 10± 50時由圖 5 我們也可以從中看到后輪上下跳動的過程，其值為 100基本符合理想值，因此，我們可以得到一個結(jié)論，那就是我們的后輪的距離的變化是滿足我們的要求。 圖 車輪在豎直的方向上跳動時后輪之間的距離的變化率 15 圖 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，外傾角向正值變化，其值為 1． 5° / － 50 6 所示的前傾角在上下跳時符合理想狀態(tài)，因此，滿足設(shè)計要求。 圖 為后輪外 傾角隨車輪上下跳動的變化曲線 圖 這個傾斜的角度為有一個理想的數(shù)值界限，因為這個角度太大的話，會使輪胎的磨損速度極其的快，所以我們一般都是規(guī)定在 時，如果角度高了，我們的行車時的方向也受到影響。從圖 7中我們可以看到我們的為 3~7，因此，滿足我們的設(shè)計要求。 圖 主銷內(nèi)傾角隨車輪上下跳動的變化曲線 圖 銷向后傾斜的時候，它所允許的的變化為 :前輪上下跳動過程中，其值變化范圍為 0° ～ 4°。圖 8 所 示的主銷后傾角為 0° ～ 3°同樣，主銷后傾角滿足設(shè)計要求。 16 圖 主銷后傾角隨車輪上下跳動的變化曲線 章小結(jié) 本章建立了三維的后懸架模型，針對建立的模型進行了分析論證，分別對前束，輪距，后輪外傾角，主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角做了運動仿真，設(shè)置仿真步數(shù)為 后得出，這些參數(shù)均在合理的范圍之內(nèi)變動，因此證明，本設(shè)計所建立的三維模型滿足設(shè)計要求。 4 控制臂有限元分析 限元法的介紹 我們在設(shè)計的過程中分析的發(fā)法為有限元法，他是當(dāng)前市面上 一個較好的方法，是學(xué)生最好用的平臺。很早以前的有限元法是根據(jù)數(shù)學(xué)微分產(chǎn)生并由此發(fā)展起來的， 有限元法的 涉及到各個領(lǐng)域各個行業(yè) ， 可用 在任意一個用微分方程闡述的各個物理場中。 基本思想 :需要定義材料的泊松比來求極值解 。由平衡方程推導(dǎo)在實際物理模型用于每一個點 ,創(chuàng)建一個方程組 。 為此 稱之為有限元方法 。 有限元分析 方法的建立時基于彈性力學(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 ： 1） 把那些實體的單元劃分成一些小網(wǎng)格，之后通過那些劃分好的小網(wǎng)格來求的自己想要的數(shù)據(jù)。這就是有限元的核心 思想 ， 最后將求解的小網(wǎng)格匯整，求出總體應(yīng)力圖。 17 2） 和的近似函數(shù)由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點的數(shù)值插值函數(shù)由此可以說 。 兩個相鄰的地方，節(jié)點是相同的， 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自由度的場函數(shù)問題轉(zhuǎn)化為解決公共節(jié)點有限的流動性問題。 3） 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象坐標系統(tǒng) (拉格朗日坐標系 )， 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。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 等多個 四舍五入的計算方式很多詳細并接近的算法 。 相應(yīng)的解決方法是價值轉(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)是一個強大的工具 。 制臂有限元模型建立 何模型 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 ， 并且可以為整個控制臂的零部件設(shè)計打下基礎(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 后盡快替換整個組裝。本文所 探討 的控制臂采用鋼沖壓成型工藝 ,有限元模型如圖 18 圖 控制臂 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。考慮到控制拉 桿 裝配有一個螺旋彈簧 ， 從而留住 彈簧支座 。部分零件加工成形后 ， 焊接而成 。 會受到來自不同方向的 扭矩 ， 例如側(cè)向的側(cè)向力矩 [14]。 格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 在完成幾何清理之后，四邊形混合殼單元的各個部分在網(wǎng)格 控制臂和。因為組裝的控 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，通過這兩個措施，能夠很大程度的使網(wǎng)格的質(zhì)量得到提升，使計算結(jié)果盡可能的精確。 本次劃分共得到個 40707單元， 44012個節(jié)點。 網(wǎng)格劃分如下圖： 圖 網(wǎng)格控制臂 料屬性定義 推桿的料厚 松比 。密度；。屈服時的強度： 。拉伸時強度： 。 推桿的材料厚度為 5用優(yōu)質(zhì)結(jié) 構(gòu)鋼，牌號為 20。材料彈性 19 。泊松比 。密度 。屈服強度 ?？估瓘姸?。輸入材料原始參數(shù)；在以前的整理當(dāng)中對 入其中；之后應(yīng)用到每一個小網(wǎng)格中。完成網(wǎng)格的材料屬性定義[14]。 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 ,橡膠襯套將會發(fā)生六個自由度的彈性形變，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確地反映出約束狀況， 為了除去這個問題所帶來的困擾，我們采用了慣性釋放做法。在對其進行分析的過程中，我們可以假 設(shè)整個機構(gòu)是處于一個靜止的狀態(tài)，節(jié)點的六個自由度的約束 (軸承 ),軸承 ,在外來施加力量的情況下先要算出每一個節(jié)點在各個方位上的速度變化量， 從而構(gòu)造一個平衡狀態(tài) 。 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，查看控制臂的推桿應(yīng)力分布和變形狀況。 速工況 圖 速工況推桿等效位移圖 20 圖 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 深處 的 支座， 通過圖可以看出推桿 的軸向受力方向與控制臂 之間有一定的角度 ，大的 力 通過支座 施加給 控制臂深沖處， 造成了 深沖處的位移分布 變化由上圖所示 呈梯度變化，梯度形狀與控制臂 形狀基本相同 ，最大位移為 同時，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 而在其他位置，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 會有 一小部分的作用力 ，局部最大應(yīng)力值分別為 面有的應(yīng)力基本都比材料的屈服強度 445小。推桿 滿足設(shè)計要求。 向工況 21 圖 向工況 推桿 等效位移圖 圖 向工況推桿等效應(yīng)力圖 上圖是推桿在汽車極限的轉(zhuǎn)向工作下的位移圖和應(yīng)力集中圖，由圖可以看出 推桿 在深沖處的位移 有圖 1 所示 呈紡錘形梯度分布 ， 最大 相變量 為 制臂深沖處與 輪胎的交叉部分 出現(xiàn) 應(yīng)力集中 ， 大小 為 推桿的其余部分 ， 22 出現(xiàn) 小部分的應(yīng)力作用 ，局部最大應(yīng)力值分別為 13636上應(yīng)力均符合設(shè)計要求，同時也低于材料的剛度 445桿設(shè)計滿足要求。 振分析 共振分析的主要作用就是能夠確定設(shè)計中所有部件的固有頻率和振型，因為只要是機械在運作，就肯定會有動載荷的干擾，如果不進行處理，在行車過程中將會產(chǎn)生共振，引起巨大的噪聲，甚至又可能破壞部件的結(jié)構(gòu)強度，最終引發(fā)事故，隨著社會的發(fā)展，我們對汽車的各種的都是有嚴格的要求，例如在安全、平穩(wěn)。所以無論從那種角度分析，都應(yīng)該對部件進行共振分析， 這是現(xiàn)代汽車在走進用戶前的一個非常重要的環(huán)節(jié)。 本文直接采用 行共振分析時，所需要進行的步驟與前邊有限元分析相同，我們需要對材料的彈性模量，泊松比，密度做出詳細的理解并能夠進行詳細解釋，只要這樣嚴謹做才有可能使得了分析的準確性，滿足我們的實際需求。 施加約束時應(yīng)該按照實際情況進行位移約束，在這里我們采用球鉸接處約束 。因此，我們會有在 x,y,是在這里我們只是保留了 圖 推桿一階共振 23 圖 推桿二 階共振 圖 推桿三階共振 24 圖 推桿四階共振 圖 推桿五階共 振 表 匯總 25 共振 頻率 型 1 橫臂繞一橫臂上下擺動 2 橫臂總成左右擺動 3 橫臂總成上下擺動 4 橫臂總成左右扭動 5 橫臂總成上下扭動 由于路面而引起車輛共振的頻率多在 1~80推桿的頻率在 500上，不會因為路面的因素而使下推桿發(fā)生共振現(xiàn)象，因此可以認為，推桿設(shè)計滿足要求 。 章小結(jié) 本章對建立的三維模型進行有限元分析，對在三維軟件中建立的實體模型導(dǎo)入到 先定義材料的屬性，彈性模量和泊松比，然后對模型進行網(wǎng)格劃分，最后施加載荷，分別施加 終發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力和應(yīng)變都在合理的范圍內(nèi)，該后懸架不會發(fā)生疲勞斷裂。為了保證使用過程中的穩(wěn)定性，進行了共振分析，進行了五種狀態(tài)下的共振分析，均滿足設(shè)計要求。 26 5 結(jié)論 我們的設(shè)計是在 礎(chǔ)上進行經(jīng)一部的衍 生，已中北大學(xué)的汽車設(shè)計、制造和調(diào)試，在 車懸架為研究對象，使用 行設(shè)計和建模。同時我們需要所學(xué)過的知識進行進一部構(gòu)架思路，而且我們應(yīng)該用 我們設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)，進行真實的分析。通過有限元軟件 行了后懸架下控制臂的 速工況， 向工況并且進行了共振分析。進行應(yīng)力和應(yīng)變分析。 1) 首先通過計算的方法確定懸架的基本參數(shù)，根據(jù)參數(shù)來進行建模，及裝配。 2) 簡化模型的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)硬點坐標的三維模型建立了 車后懸架仿真虛擬模型； 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的變化，然后利用 塊的一部分 ,優(yōu)化的參數(shù)曲線 ,并進行運動學(xué)仿真 ,通過對比我們的設(shè)計結(jié)果，對懸架改良后，通過模擬我們發(fā)現(xiàn)汽車的穩(wěn)定性得到提升。 4） 建立模型，進行了 速工況， 向工況和共振分析計算。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 27 及變形量，說明符合設(shè)計要求。 本文對懸架設(shè)計取得了一定的成果，但是由時間的限制，還存在很 多問題需要進一步細致的分析，對此，以后還可以從以下幾個方面開展： 1) 雖說仿真可以對我們設(shè)計有效的分析、并是我們的工作周期變短，快速和簡單的懸架系統(tǒng)的性能 ,但懸架性能仿真分析工作離不開車輛實驗中，需要進一步加強 2) 可以使用位移傳感器測量減振器不同的路面行程，為調(diào)整提供了理論依據(jù)。 3) 由于時間的限制 ,本文根據(jù)懸架控制臂校核強度后，接下來可以進一步建立了有限元模型 ,還可以整個系統(tǒng)靜力學(xué)分析和疲勞分析。 4) 根據(jù)結(jié)構(gòu)強度仿真結(jié)果 ,我們發(fā)現(xiàn)我們在不斷地改進的同 時，我們的汽車就會越來平穩(wěn)。 5) 本文主要研究了賽車的極限操作性 ,但是對平順性研究很少 ,進一步可以結(jié)合舒適以發(fā)揮最大性能。 參 考 文 獻 [1] 劉鴻文 4版 等教育出版社， 2004 [2] 陳家瑞 下 )(第三版 )[M]民交通出版社， 2009 [3] 濮良貴 機械設(shè)計 等教育出版社， 2006 [4] 武田信之（日）著，載貨汽車設(shè)計．人民交通出版社， 1997 [5] 陳家瑞 冊） 械工業(yè)出版社， 2008 [6] 格里斯比著，趙六奇，金達鋒譯 M]華大學(xué)出版 社， 2006. 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[25] 羅鑫源，楊世文，楊軍，王拖連 ,基于 公路與汽 運 , 29 致 謝 時間飛逝，轉(zhuǎn)眼間就到了大四的畢業(yè)季了，四年里，我從大一來時的一個傻姑娘，變成了一個知識淵博的學(xué)士。 四年了，我學(xué)到了很多，從大一的高等數(shù)學(xué)，到大四的專業(yè)課，讓我對我的專業(yè)有了深層次的了解。我不僅要感謝我的代課老師，同時還要感謝我的大學(xué)同學(xué)，要是沒有你們的幫助，我也不會成長。 我們最不能忘的就是楊老師，每次為了給我們指導(dǎo)，都從主校區(qū)辛辛苦苦來到南校區(qū)，對我的畢業(yè)設(shè)計進行指導(dǎo)，對我的問題，給我提出建議，改進方法，孜孜不倦的給我傳授方法，使我的畢業(yè)設(shè)計有了更進一步的提高。 感謝這些一路上陪伴、支持、幫助我的老師同學(xué)們。他們帶給我的溫暖和感動是我最寶貴的財富。