FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含5張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj16

FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

摘要：本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)FSAE賽車(chē)后懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的后懸架類(lèi)型；我們最后決定FSAE賽車(chē)的后懸架選用多連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)賽車(chē)參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)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(chē)后懸架的三維機(jī)構(gòu)仿真模型；在建立三維模型的過(guò)程中，根據(jù)坐標(biāo)來(lái)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(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，以及動(dòng)態(tài)分析，對(duì)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(jìn)行分析，最后證實(shí)了設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，且存在安全富裕度。然后進(jìn)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(jìn)行比較，來(lái)判斷下控制臂的結(jié)構(gòu)和材料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)比較得出了下控制臂滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

    關(guān)鍵詞：FSAE賽車(chē)；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(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1

1.2 國(guó)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(chē)懸架的選擇 4

2.2 后懸架參數(shù)設(shè)計(jì) 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(chē)懸架剛度計(jì)算 7

2.3 本章小結(jié) 10

3 對(duì)FSAE的后懸架進(jìn)行三維建模 11

3.1 懸架運(yùn)動(dòng)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(xiàn) 28

致    謝 30

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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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1 外文文獻(xiàn) 附錄 A a y of AE of a by a of 3) of No of be in a or in or by or ne of of a is a In a by of In of by of in by by of to an an a a a a at by s to a In by to of of a in in is it of a F 2 of a is is s in of of is is to it to of is At of is of a is to to is to to to 1,2]. an So is is in 5, 7, is to of be on in is by is by of No of of a of an B, a D, a C, a a a it is to a E?, F, G [2,3]. . F to to a an a a In an a is of to an In s is F he of to an in 3 of is on is to a a an in to be in In if in of in a to of is To to of in of be s in is by in a of in is to to F N he at to on on is of . , 5 of , 4 48 2 Hz 4at 20 of is in is In as by As of is in be 2 Hz is In of of a F N 4 he s in of by So of is In of is a is to in is . In a on by is is a is to is to in to is . , In is in 0m/s2,is it a 0in of a in s a in of as a 5 as in 5 to 1,912. a a an a a is in of 9,262. 01,174. ,293 is If on be by of s In 0 0 is of is of 5 6 F of it be an is by is is by (1) is in of to as , is (2) in of 6 to as , is (3) (4) (1) 2) 4 Hz in F of in in 7 0, a a on is 5 0 Y by 4 0 of is 1 of of 6. of of 94) is is 0 Hz by as of 9 in 7 附錄 B 方程式 賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu) 模態(tài)分析 摘要 建立全車(chē)架結(jié)構(gòu) 有限元模型，用來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的怠速震動(dòng)特性。用 動(dòng)機(jī)和整車(chē)的模型通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果協(xié)調(diào)以后共同決定。注意力放在了車(chē)架一階縱向彎曲模型的頻率上。降低一階車(chē)架彎曲模型的頻率可以減少車(chē)輛的怠速震動(dòng)已經(jīng)變得明確。 簡(jiǎn)介 具有燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油車(chē)的一個(gè)缺點(diǎn)就是車(chē) 身的怠速震動(dòng)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)里，由熱能積聚引起的壓力急劇上升會(huì)影響活塞。在把直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲軸系統(tǒng)里，有兩種反作用力使得發(fā)動(dòng)機(jī)體振動(dòng)：由移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)換向引起的反作用力，和有限的氣缸不均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的。這個(gè)力傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，發(fā)動(dòng)機(jī)底部，橡膠的發(fā)動(dòng)機(jī)支座，車(chē)架，橡膠駕駛室支架，最后到車(chē)身，引起乘客不舒服。 大型商用車(chē)的怠速震動(dòng)的平復(fù)處于發(fā)展的初期，用 論模擬發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)，然后建立模型。 這篇論文中，將發(fā)動(dòng)機(jī)置于車(chē)中來(lái)確定怠速震動(dòng)，因?yàn)檐?chē)架和車(chē)身的有限元被當(dāng)做一個(gè)小型休閑車(chē)。另外，在這篇文章中， 也分析了車(chē)輛車(chē)架自然模式如何改變，并且指出車(chē)架一階縱向彎曲的自然頻率具有重要的影響。 車(chē)身震動(dòng)的分析 圖 V 怠速過(guò)程中座椅扶手處采集的加速過(guò)程中縱向震動(dòng)頻率的分析。怠速震動(dòng)的主要部分是二階發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，第 1，和第 同樣重要。但是，這些不同是由于不同氣缸的燃燒不同而引起的。完善噴射系統(tǒng)可以解決燃燒的差異。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，只集中研究怠速轉(zhuǎn)速是 720 24架的二階震動(dòng)。此外，也研究了降低振動(dòng)的措施，因?yàn)樽蔚目v向振動(dòng)對(duì)人類(lèi)的感覺(jué)有很大的破壞性影響。 發(fā)動(dòng)機(jī)引起作用力的判 定 發(fā)動(dòng)機(jī)將振動(dòng)傳遞給車(chē)身的路線(xiàn)有三種：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)支座，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，和尾氣排放管。在這篇論文中，研究了起主要作用的發(fā)動(dòng)機(jī)支座的路線(xiàn)。研究方法有很多種，這里用 論。 論的概要 考慮引起發(fā)動(dòng)機(jī)集體受力的有爭(zhēng)議的怠速振動(dòng)頻率范圍。首先，作用在活塞上的 8 燃燒壓力被認(rèn)為引起這個(gè)振動(dòng)。但是，假設(shè)活塞曲軸并不隨飛輪移動(dòng)并且機(jī)體以某種方式固定，在這個(gè)頻率范圍發(fā)動(dòng)機(jī)的零件被認(rèn)為是完全剛性的。在這種情況下，如果活塞曲軸不移動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體就不會(huì)振動(dòng)，盡管柴油燃燒引起壓力的迅速上升。 相應(yīng)地，引起發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)的 直接原因不是燃燒壓力，而是活塞曲軸運(yùn)動(dòng)的反作用力。為了確定作用在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上的這個(gè)力，需要計(jì)算在機(jī)體內(nèi)外都發(fā)揮作用的反作用力。 在 論里，通過(guò)測(cè)量在飛輪齒圈上收集到的脈沖來(lái)發(fā)現(xiàn)曲軸系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然后計(jì)算相連的活塞系統(tǒng)的縱向運(yùn)動(dòng)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上的作用力。 作用力準(zhǔn)確性的驗(yàn)證 在整車(chē)模型里（后續(xù)描述），振動(dòng)力的增加和曲軸是對(duì)應(yīng)的。評(píng)估振動(dòng)主要影響的引擎蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)底部。計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較結(jié)論在圖中表示了出來(lái)。在圖中，表示出來(lái) 5 種不同的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)橐紤]怠速轉(zhuǎn)速的變化 。 在圖中，鑒定了在轉(zhuǎn)速為 720第二第四和第六階的 2448 72計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)底部的數(shù)據(jù)，在這篇論文中沒(méi)有顯示出來(lái)，但是也幾乎全部鑒定了出來(lái)。至于在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身的振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座隔離開(kāi)來(lái)。車(chē)身幾乎影響不到發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的鑒定是在這一范圍內(nèi)，動(dòng)力模型和振動(dòng)力可以認(rèn)為是合理的。 但是在一階 12圍，數(shù)據(jù)并沒(méi)有鑒定出來(lái)。在這一頻率范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身的振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座耦合到了一起，因此，車(chē)身模型的準(zhǔn)確定受到影響。 低頻振動(dòng)測(cè)量方式的 改善 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)力通過(guò) 論來(lái)確定，通過(guò)增加振動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)部分的震動(dòng)都被計(jì)算出來(lái)。至此，然而，計(jì)算數(shù)據(jù)并沒(méi)有和實(shí)際測(cè)量完全區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確性得到提高。引起怠速振動(dòng)的低頻振動(dòng)和引起噪聲的高頻振動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)表面混合到一起。當(dāng)通過(guò)壓力測(cè)量這個(gè)混合振動(dòng)，高頻率的振動(dòng)被加重，而作為研究目標(biāo)的低頻率表振動(dòng)則變得相對(duì)小了。舉個(gè)例子，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)底部的縱向振動(dòng)加速 - 9 時(shí)間波形如圖所示。 在這篇論文中，運(yùn)用了測(cè)量壓力作用在內(nèi)部的重量的加速壓力計(jì)。這個(gè)裝置比壓力元素加速機(jī)更大，對(duì)加速也更敏感。除此之外， 內(nèi)部為了保護(hù)探測(cè)部分而填充的硅油阻止了高頻振動(dòng)。這個(gè)裝置測(cè)得的加速 5 所示。和圖 僅顯示出了低頻率，雖然測(cè)量的是相同的區(qū)域。通過(guò)這種方式，高頻率振動(dòng)被阻截掉，因此明暗度更高。這一次，使用了加速度測(cè)量范圍 0 到 20m/裝置。因?yàn)殪`敏度高，這個(gè)裝置很容易校準(zhǔn)，通過(guò)重力加速度。使用壓力加速度檢測(cè)計(jì)的時(shí)候，主階振動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異是 20因此，采用這一方式的 而，圖 采用流量計(jì)加速度檢測(cè)計(jì)鑒定出來(lái)的計(jì)算結(jié)果。 整車(chē)模型 圖 整車(chē)模型。像車(chē)門(mén)和座椅等內(nèi)部和外部裝置以 85 點(diǎn)增加到詳細(xì)有限元結(jié)構(gòu)模型中。網(wǎng)格數(shù)是 61,912。圖 一個(gè)有懸架，發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料箱和保險(xiǎn)杠的車(chē)架組合成一個(gè)整體，網(wǎng)格數(shù)是 39,262。 把圖 圖 個(gè)到一起形成了一個(gè)整車(chē)模型，總的網(wǎng)格數(shù)是 101,174。本的 算時(shí)間是 3,293。計(jì)算方法是打包計(jì)算。如果模型是更大規(guī)模，則必須通過(guò)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。 圖 頻率響應(yīng)函數(shù)，指示出振動(dòng)力作用在發(fā)動(dòng)機(jī)支座時(shí)車(chē)架的響應(yīng)。在需要分析的 20 到 30率范圍里，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)于計(jì)算結(jié)果更好。 圖 量計(jì)加速度檢測(cè)機(jī)的測(cè)量結(jié)果 圖 身 10 圖 然模式的頻率范圍 模型相關(guān)性分析 從振動(dòng)特性的角度來(lái)看，可以認(rèn)為整車(chē)振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座和駕駛室支座隔離開(kāi)來(lái)，因?yàn)橛袕椈蛇B接，雖然隔離并不徹底。如果整車(chē)被連接件和懸掛分開(kāi)，車(chē)身有 4 大結(jié)構(gòu)： (1)機(jī)體 增加了內(nèi)部零件，如圖 示，此后描述成機(jī)體。 (2)車(chē)架 車(chē)架上增加了燃料箱和保險(xiǎn)杠，如圖 示，此后描述成車(chē)架 (3)動(dòng)力系統(tǒng) (4)懸架 在 以上的結(jié)構(gòu)中， (1)機(jī)體和 (2)車(chē)架怠速振動(dòng)的自然頻率在 24近。機(jī)體，車(chē)架和整車(chē)模型的振動(dòng)特性被比較和研究。 自然頻率的比較 圖 示的是每個(gè)結(jié)構(gòu)和車(chē)輛不同狀態(tài)下自然振動(dòng)頻率的分布情況。車(chē)架有 17個(gè)自然模式低于 50圖 7 中，裝有發(fā)動(dòng)機(jī)和懸架的車(chē)架， Y 型底盤(pán)，有 35 個(gè)自然模式低于 50Y 型底盤(pán)加裝一個(gè)車(chē)身就形成了整車(chē)模型，具有 94 個(gè)自然模式低于 50 當(dāng) Y 型底盤(pán)的自然模式數(shù)量增加到 61 個(gè)，總數(shù)達(dá)到 96 個(gè)。整車(chē)模型的自然模式數(shù)量比這個(gè)總數(shù)少 2 個(gè)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)因?yàn)榻Y(jié)合了 Y 型底盤(pán)而高于了 50互關(guān)聯(lián)的分析結(jié)果將在以后描述。 I 動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 摘要 ： 本 畢業(yè) 設(shè) 計(jì)對(duì) 車(chē)后懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的后懸架類(lèi)型；我們最后決定 車(chē)的后懸架選用多連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)賽車(chē)參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)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(chē)后懸架的三維機(jī)構(gòu)仿真模型；在建立三維模型的過(guò)程中，根據(jù)坐標(biāo)來(lái)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(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，以及動(dòng)態(tài)分析，對(duì)后懸架下控制臂的 彎工況的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行分析，最后證實(shí)了設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，且存在安全富裕度。然后進(jìn)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(jìn)行比較，來(lái)判斷下控制臂的結(jié)構(gòu)和材料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)比較得出了下控制臂滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 車(chē) ； 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(jì) ................................................... 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(duì) 后懸架進(jìn)行三維建模 ....................................... 10 架運(yùn)動(dòng)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(xiàn) ...................................................... 27 致 謝 ............................................................ 29 1 1 緒論 在社會(huì)上的經(jīng)濟(jì)的支持下，為我們大學(xué)生提供一個(gè)發(fā)揮長(zhǎng)處的平臺(tái)，經(jīng)過(guò)有關(guān)部門(mén)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(gè)國(guó)家都有涉及，和一個(gè)世界上最大的外匯交易商成員 (福匯外匯資本市場(chǎng)有限公司 (K)的密切合作。公司在全球金融部門(mén)都有涵蓋，是一個(gè)最好的資產(chǎn)管理服務(wù)。新興市場(chǎng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn)使其在十年內(nèi)迅速增長(zhǎng)。福賽斯提供不同層次的投資服務(wù) 和產(chǎn)品通過(guò)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(guó)大陸。由自愿參加中國(guó)高等院校汽車(chē)工程或類(lèi)似專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生 ,老師做指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)報(bào)名參加活動(dòng)。 賽事的要求；團(tuán)隊(duì)通常由 10人來(lái)報(bào)名參賽， 8到 12個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測(cè)試和準(zhǔn)備 比賽。與大學(xué)相比，來(lái)自世界各地的各個(gè)團(tuán)隊(duì)，競(jìng)選團(tuán)隊(duì)證明和展示他們的創(chuàng)造能力和工程能力。為了實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)的，一家制造公司聘請(qǐng)的設(shè)計(jì)、制造和演示用于評(píng)估公司生產(chǎn)項(xiàng)目的原型。所以，汽車(chē)務(wù)必要在加速、剎車(chē)和操作性能上發(fā)揮到極致。汽車(chē)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(chǎng)銷(xiāo)售的因素，車(chē)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(jì)劃是每天生產(chǎn)四輛汽車(chē)，并要求詢(xún)問(wèn)的原型實(shí)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?cè)O(shè) 計(jì)一個(gè)在各方面都能行走的汽車(chē)。所有設(shè)計(jì)過(guò)程將要與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一一比較和評(píng)估，由于汽車(chē)行業(yè)的不斷創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)技 術(shù)的發(fā)展，純電動(dòng)汽車(chē)，也將很快在能更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。第一個(gè) 是德國(guó)組委會(huì)進(jìn)行了很大的推廣純電動(dòng)汽車(chē)。而且提高大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)水平的類(lèi)型為懸架的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù) [1]。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 從 2000 年以后，中國(guó)在懸架方面，取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。西安交通大學(xué) ，阮教授通過(guò) 件對(duì) 架進(jìn)行分析 [2]， 通過(guò)定義參數(shù) ， 對(duì)最后生成的 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì) ， 這樣最終才確定了懸架模型 。 汽車(chē)企業(yè) 通過(guò)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(shí)間。 如 北京汽車(chē) 公司 ， 通過(guò) 有限元分析 汽車(chē)懸架 。 優(yōu)化并開(kāi)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(diǎn)來(lái)說(shuō)和 一般家用 汽車(chē)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(duì) 輪胎定位參數(shù)的分析和優(yōu)化。 中國(guó) 從 2010 年開(kāi)始推行 國(guó)內(nèi) 的 大學(xué) 生團(tuán)隊(duì)開(kāi)始 快速發(fā)展 ， 通過(guò)2013年的情況 來(lái)看 ， 比賽 已經(jīng)擴(kuò)大到 60 多個(gè)團(tuán)隊(duì)參與。 五十余所高校 參與其中。通過(guò)不斷地發(fā)展創(chuàng)新，我國(guó)懸架的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了卓越的成績(jī) ， 如 :上海交通大學(xué)的 邊界 處理 ， 整個(gè)汽車(chē)的制造和測(cè)試的細(xì)節(jié)。湖 北 大學(xué)的第一輛車(chē) 。 我的設(shè)計(jì)是在且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用了相關(guān)的軟件進(jìn)行各種各樣的模擬，通過(guò)對(duì)前期的有關(guān)的數(shù)據(jù)的選擇，在后續(xù)的設(shè)計(jì)可能達(dá)到好的結(jié)果。 要解決這些問(wèn)題 ， 在八零年代 ,研究人員在國(guó)外許多勘探進(jìn)行了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上 ， 大量的制造商對(duì)汽車(chē)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的應(yīng)用程序 ， 經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn) ， 導(dǎo) 致一系列 的相對(duì)完整的理論體系。 湖北大學(xué)的賽車(chē)后懸架。如圖 圖 后懸架 外研究現(xiàn)狀 30年的發(fā)展， 場(chǎng)比賽 和由 15個(gè)國(guó)家 參加的大 3 賽， 和數(shù)百個(gè)世界頂尖大學(xué)的年輕工程師團(tuán)隊(duì)參與活動(dòng)。 013年舉行的 國(guó)家 有數(shù)十個(gè)之多 [4]。 2009美國(guó)麻省理工學(xué)院對(duì) 率先 使用雙橫臂 的前后 懸架。 采用 推桿 與 立柱 成為一個(gè)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(chē)后懸架如圖 圖 后懸架 章小結(jié) 本章對(duì) 車(chē)的后懸架進(jìn)行了大量研究，從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，主要是運(yùn)用 塊 進(jìn)行分析論證，從而縮短研發(fā)時(shí)間，完成設(shè)計(jì)，校核強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。 2 懸架的建立 車(chē)懸架的選擇 4 由于有限的賽車(chē)空間，并要求操縱的穩(wěn)定性，處于安全性的考慮 ,外國(guó)汽車(chē)獨(dú)立懸架采用較多。普通汽車(chē)權(quán)衡的是性能和舒適，很少會(huì)使用車(chē)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(chē)設(shè)計(jì)跟普通汽車(chē)的設(shè)計(jì)有著很大差 別的原因。 懸架 不僅是大學(xué)生方程式賽車(chē)的一個(gè)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(lái)了 。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，一定要嚴(yán)格按照相關(guān)比賽的規(guī)章制度要求來(lái)做。賽事對(duì)懸架 有一些嚴(yán)格的要求 為 :汽車(chē)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(chē)輪的有效沖程至少英寸 ， 可靠的安全座椅 ，技術(shù)檢查的時(shí)候，全部安裝在上面的懸掛點(diǎn)一定要求是能看見(jiàn)的，有的直接看見(jiàn)有的打開(kāi)蓋子看見(jiàn)。 賽 車(chē) 的 懸架系統(tǒng)大致 與 家庭汽車(chē) 相同。 而且還根據(jù)司機(jī)的要求 ， 調(diào)整轉(zhuǎn)向過(guò)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?cè)O(shè)置 為可調(diào) 的 。 通過(guò)不 同的賽事規(guī)則制度跟賽車(chē)手對(duì)其比賽的要求，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整改動(dòng)其所對(duì)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(chē)懸架一般情況都會(huì)設(shè)計(jì)為不足轉(zhuǎn)向。要求學(xué)生 賽車(chē) 在轉(zhuǎn)彎速度盡可能快 ,不打滑 ,不僅如此 ,汽車(chē)將時(shí)間也縮短 ， 進(jìn)而 加速時(shí)間縮短。也試圖讓汽車(chē)盡可能發(fā)揮出它的性能。賽車(chē)懸架應(yīng)當(dāng)具備下列條件 : 1) 簡(jiǎn)單，快速，被駕駛員輕易控制 ； 2) 無(wú)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(guò)前面的介紹，我們都對(duì)后懸架有了一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)他的作用也有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，他的一般作用就是對(duì)車(chē)輪的外傾向和前束進(jìn)行有效的控制 。這樣以來(lái)不單單表現(xiàn)在轉(zhuǎn) 彎的時(shí)候的操作控制 也能兼一定的舒適性 。 在這一點(diǎn)上 考慮 ， 前后連桿的角色定位是固定的車(chē)輪總是在一個(gè)范圍值和螺旋彈簧的沖擊 。 可以上下運(yùn)動(dòng)的杠桿來(lái)吸收振動(dòng)能量 ， 主要控制臂的工作是協(xié)調(diào)和控制桿保 持車(chē)輪跳 動(dòng)率 ， 使車(chē)架總是處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。多連桿懸架 ,像一個(gè)鎖定機(jī)制 ,牢牢固定在半軸的 前端。 因?yàn)槎噙B桿懸架類(lèi)型有三個(gè)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(gè)環(huán)節(jié) ,X,Y,Z 三個(gè)方向和軸向變形的六個(gè)自由度。 每一個(gè)地面點(diǎn) ,有六個(gè)自由度 ,設(shè)計(jì)多連桿懸掛 ,自由度很大 ,可以根據(jù)不同的匹配和校準(zhǔn)不同的模型 。 如果 轉(zhuǎn)彎 工況 時(shí)，后面的車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向正好和前面的 5 車(chē)輪（司機(jī)所控制的轉(zhuǎn)向車(chē)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(lái)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(shì)就在于更加準(zhǔn) 確 的 控制車(chē)輪與地面接觸的角度 ， 使其具有最大的附著力。 [8]我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)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(chē)的時(shí)候車(chē)輪就有較大的抓地力，我們也更容易操控。 通過(guò)仔細(xì)的查閱有關(guān)的資料，我們確定本次設(shè)計(jì)為多連桿形式的后懸架。 懸 架參數(shù)設(shè)計(jì) 表 車(chē)參數(shù) 參數(shù)名稱(chēng) 數(shù)值 賽車(chē)長(zhǎng)度 /800 賽車(chē)高度 /260 軸距 /720 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車(chē)質(zhì)量 / 260 最高車(chē)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(chē)，設(shè)計(jì)懸架和簧載質(zhì)量構(gòu)成振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，現(xiàn)代汽車(chē)質(zhì)量的分布系數(shù)約為 1，因此 ,前后的振動(dòng)的車(chē)架上沒(méi)有關(guān)系。后懸架的固 6 有頻率 ? N/m） 不同 類(lèi)型 的汽車(chē)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(chē)固定擁有的頻率通常選擇相對(duì)的降低一點(diǎn)點(diǎn)，經(jīng)以上計(jì)算得出， 本校賽車(chē)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程中輪和轉(zhuǎn)向部件之間的損失 ,并使汽車(chē)沿直線(xiàn)行駛的能力和轉(zhuǎn)向的輕便性。它的參數(shù)為主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角、外傾角及前束角 [9]。 1） 主銷(xiāo)后傾角。主銷(xiāo)上稍微向后傾斜。如果角度太大 ,即使可以改善線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)特性，但它會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向太沉。 2） 主銷(xiāo)內(nèi)傾角。主銷(xiāo)內(nèi)傾角是指汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)軸或獨(dú)立懸架擺臂球銷(xiāo)的中心和球頭銷(xiāo)下擺臂的鉛垂線(xiàn)垂直于車(chē)輛縱向?qū)ΨQ(chēng)平面的平面投影的銳角 [10]。 3） 外傾角。車(chē)輪外傾角顧名思義就是是車(chē)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(chēng)為負(fù)外傾角。否則為正外傾。 4） 前束。前輪前束說(shuō)的是車(chē)架所指的方向和前輪水平面所形成的角，也是和前端面對(duì)之前減去結(jié)尾后在 表 車(chē)定位參數(shù)取值范圍 綜合以上內(nèi)容考慮，外傾角為 主銷(xiāo)后傾角為 0°，主銷(xiāo)內(nèi)傾角為 0°，前束為 0°。 車(chē)懸架剛度計(jì)算 表 參照中北大學(xué)賽車(chē)數(shù)據(jù) 定位參數(shù) 外傾角 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 主銷(xiāo)后傾角 前束 后懸架 0° 0° 0° 0° 7 1. 總剛度計(jì)算 總剛度是指輪胎接地點(diǎn)相對(duì)車(chē)架或車(chē)身單位垂直位移時(shí)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(chē)在坑坑洼洼的路上行駛的時(shí)候，所能夠承受的最大垂直方向力 。總的剛度 中包含輪胎和車(chē)架的剛度 ， 因此所 算出來(lái)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(jiàn)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(mǎi)過(guò)來(lái)的，一般情況是給出一個(gè)固定不變的來(lái)，接著用它來(lái)算出傳遞比，再去設(shè)計(jì)。 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(guò)。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(dòng)時(shí) 傳動(dòng)比能把車(chē)輪跳動(dòng)的變化量轉(zhuǎn)變成減震器上的彈簧的運(yùn)動(dòng) ，根據(jù)傳 遞 比公式 1 ?經(jīng)以上計(jì)算 ， 最終確定代號(hào)為 350 的螺旋彈簧 ， 計(jì) 算 所的 后傳遞比為 尼計(jì)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(gè)式子計(jì)算出來(lái) ??? ?????為阻尼系數(shù)。 表 減震器阻尼對(duì)平順性的影響 相對(duì)阻尼系數(shù) 平順性 壓縮 復(fù)原 垂向加速度 懸架動(dòng)撓度 相對(duì)動(dòng)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(chē)架低于正常位置時(shí)用小的相對(duì)阻尼系數(shù) ，車(chē)架要是高于正常位置時(shí)，我們則應(yīng)該選取用大的相對(duì)阻尼系數(shù) 。如果采用小壓縮行程阻尼則可以使汽車(chē)的震動(dòng)降到最低 ,同時(shí)選擇較大的阻尼可以使震動(dòng)減少。上述表我們可以看到，相對(duì) 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(guò)上述的討論，最終確立了 車(chē)壓縮和回彈阻尼相對(duì)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(jì)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(duì) 車(chē)的后懸架確定 物理尺寸，根據(jù)任務(wù)書(shū)所給出的參數(shù)，進(jìn)行了固有頻率的計(jì)算，以及四輪定位參數(shù)的設(shè)計(jì)。針對(duì)四輪參數(shù)，取為， 低 低 10 銷(xiāo)內(nèi)傾角 0，主銷(xiāo)后頃角 0，前束 0，然后計(jì)算后傳遞比為 要有橫向穩(wěn)定桿，本設(shè)計(jì)計(jì)算得橫向穩(wěn)定桿的直徑為 3 對(duì) 后懸架進(jìn)行三維建模 傳統(tǒng)車(chē)輛的多連桿懸架結(jié)構(gòu) 優(yōu)勢(shì)在于可以過(guò)濾掉大部分的震動(dòng)，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(duì)車(chē)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(lái)控制 車(chē)輪，從而滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 剛度和車(chē)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(chē)輛底盤(pán)及副車(chē)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(diǎn)坐標(biāo) 硬點(diǎn)名稱(chēng) 初始坐標(biāo) mm x y z 上前連桿與副車(chē)架連接點(diǎn) 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 后連桿與副車(chē)架連接點(diǎn) 45 后連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 0 前連桿與副車(chē)架連接點(diǎn) 前連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 13 下后連桿與副車(chē)架連接點(diǎn) 后連桿與轉(zhuǎn)向 節(jié)連接點(diǎn) 后連桿與副車(chē)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(chē)輪輪心 0 架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性方面的仿真試驗(yàn)，電動(dòng)汽車(chē)的一些性能參數(shù)見(jiàn)表 2，模型仿真參數(shù)，設(shè)置仿真步數(shù)為 90，車(chē)輪上下跳動(dòng)量為 45 表 車(chē)性能參數(shù) 參數(shù) 名稱(chēng) 數(shù)值 賽車(chē)長(zhǎng)度 /800 賽車(chē)高度 /260 軸距 /720 前輪輪距 /240 后輪輪距 /180 賽車(chē)質(zhì)量 / 260 最高車(chē)速 /(km/h) 》 120 運(yùn)用軟件分析，我們?cè)谧詈罂梢缘玫饺鐖D 4 ～圖 8所顯示的結(jié)果 。 圖 常生活中的部分車(chē)輛，后輪的前束角理想情況下 : 在向 14 上跳動(dòng)的過(guò)程里，其值為 0，即－ 0． 4° / + 50后輪下跳過(guò)程中，其值如圖所示，且曲線(xiàn)變化呈線(xiàn)性。從上面的圖 4 可以得到，該車(chē)懸架結(jié)構(gòu) 的前束值為( － 0° ) / + 50現(xiàn)出來(lái)為零前束或者是弱負(fù)前束特征，能夠使車(chē)輛行駛的直線(xiàn)穩(wěn)定性和車(chē)輛的不足轉(zhuǎn)向的特性得到一定的保障。由此可見(jiàn)，前束角滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖 前束角隨車(chē)輪上下跳動(dòng)的變化曲線(xiàn) 圖 輪在豎直的方向上跳動(dòng)時(shí)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(dòng)過(guò)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(shí)由圖 5 我們也可以從中看到后輪上下跳動(dòng)的過(guò)程，其值為 100基本符合理想值，因此，我們可以得到一個(gè)結(jié)論，那就是我們的后輪的距離的變化是滿(mǎn)足我們的要求。 圖 車(chē)輪在豎直的方向上跳動(dòng)時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)符合理想狀態(tài)，因此，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 圖 為后輪外 傾角隨車(chē)輪上下跳動(dòng)的變化曲線(xiàn) 圖 這個(gè)傾斜的角度為有一個(gè)理想的數(shù)值界限，因?yàn)檫@個(gè)角度太大的話(huà)，會(huì)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(shí)，如果角度高了，我們的行車(chē)時(shí)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(mǎn)足我們的設(shè)計(jì)要求。 圖 主銷(xiāo)內(nèi)傾角隨車(chē)輪上下跳動(dòng)的變化曲線(xiàn) 圖 銷(xiāo)向后傾斜的時(shí)候，它所允許的的變化為 :前輪上下跳動(dòng)過(guò)程中，其值變化范圍為 0° ～ 4°。圖 8 所 示的主銷(xiāo)后傾角為 0° ～ 3°同樣，主銷(xiāo)后傾角滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 16 圖 主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪上下跳動(dòng)的變化曲線(xiàn) 章小結(jié) 本章建立了三維的后懸架模型，針對(duì)建立的模型進(jìn)行了分析論證，分別對(duì)前束，輪距，后輪外傾角，主銷(xiāo)內(nèi)傾角，主銷(xiāo)后傾角做了運(yùn)動(dòng)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(dòng)，因此證明，本設(shè)計(jì)所建立的三維模型滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 4 控制臂有限元分析 限元法的介紹 我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中分析的發(fā)法為有限元法，他是當(dāng)前市面上 一個(gè)較好的方法，是學(xué)生最好用的平臺(tái)。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(lái)的， 有限元法的 涉及到各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)行業(yè) ， 可用 在任意一個(gè)用微分方程闡述的各個(gè)物理場(chǎng)中。 基本思想 :需要定義材料的泊松比來(lái)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(chēng)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 ： 1） 把那些實(shí)體的單元?jiǎng)澐殖梢恍┬【W(wǎng)格，之后通過(guò)那些劃分好的小網(wǎng)格來(lái)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(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值插值函數(shù)由此可以說(shuō) 。 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(wú)限個(gè)自由度的場(chǎng)函數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解決公共節(jié)點(diǎn)有限的流動(dòng)性問(wèn)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(wèn)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(wèn)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。它是一種常見(jiàn)的方程 ，在此基礎(chǔ)上的發(fā)展 ， 如搭配法 ， 矩法 等多個(gè) 四舍五入的計(jì)算方式很多詳細(xì)并接近的算法 。 相應(yīng)的解決方法是價(jià)值轉(zhuǎn)化為解決功能問(wèn)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(wèn)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 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(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(lái)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(gè)部分在網(wǎng)格 控制臂和。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(guò)這兩個(gè)措施，能夠很大程度的使網(wǎng)格的質(zhì)量得到提升，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： 圖 網(wǎng)格控制臂 料屬性定義 推桿的料厚 松比 。密度；。屈服時(shí)的強(qiáng)度： 。拉伸時(shí)強(qiáng)度： 。 推桿的材料厚度為 5用優(yōu)質(zhì)結(jié) 構(gòu)鋼，牌號(hào)為 20。材料彈性 19 。泊松比 。密度 。屈服強(qiáng)度 。抗拉強(qiáng)度 。輸入材料原始參數(shù)；在以前的整理當(dāng)中對(duì) 入其中；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[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(chē)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， 為了除去這個(gè)問(wèn)題所帶來(lái)的困擾，我們采用了慣性釋放做法。在對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程中，我們可以假 設(shè)整個(gè)機(jī)構(gòu)是處于一個(gè)靜止的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)的六個(gè)自由度的約束 (軸承 ),軸承 ,在外來(lái)施加力量的情況下先要算出每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在各個(gè)方位上的速度變化量， 從而構(gòu)造一個(gè)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(jì)算。通過(guò)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(guò)后處理模塊，打開(kāi)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(chē)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(guò)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(guò)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(shí)，推桿收到了來(lái)自輪胎所傳遞過(guò)來(lái)的力矩 ， 推桿最深的地方將會(huì)收到來(lái)自車(chē)架傳遞過(guò)來(lái)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(huì)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(qiáng)度 445小。推桿 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(chē)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(jì)要求，同時(shí)也低于材料的剛度 445桿設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。 振分析 共振分析的主要作用就是能夠確定設(shè)計(jì)中所有部件的固有頻率和振型，因?yàn)橹灰菣C(jī)械在運(yùn)作，就肯定會(huì)有動(dòng)載荷的干擾，如果不進(jìn)行處理，在行車(chē)過(guò)程中將會(huì)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(qiáng)度，最終引發(fā)事故，隨著社會(huì)的發(fā)展，我們對(duì)汽車(chē)的各種的都是有嚴(yán)格的要求，例如在安全、平穩(wěn)。所以無(wú)論從那種角度分析，都應(yīng)該對(duì)部件進(jìn)行共振分析， 這是現(xiàn)代汽車(chē)在走進(jìn)用戶(hù)前的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。 本文直接采用 行共振分析時(shí)，所需要進(jìn)行的步驟與前邊有限元分析相同，我們需要對(duì)材料的彈性模量，泊松比，密度做出詳細(xì)的理解并能夠進(jìn)行詳細(xì)解釋?zhuān)灰@樣嚴(yán)謹(jǐn)做才有可能使得了分析的準(zhǔn)確性，滿(mǎn)足我們的實(shí)際需求。 施加約束時(shí)應(yīng)該按照實(shí)際情況進(jìn)行位移約束，在這里我們采用球鉸接處約束 。因此，我們會(huì)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(dòng) 2 橫臂總成左右擺動(dòng) 3 橫臂總成上下擺動(dòng) 4 橫臂總成左右扭動(dòng) 5 橫臂總成上下扭動(dòng) 由于路面而引起車(chē)輛共振的頻率多在 1~80推桿的頻率在 500上，不會(huì)因?yàn)槁访娴囊蛩囟瓜峦茥U發(fā)生共振現(xiàn)象，因此可以認(rèn)為，推桿設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求 。 章小結(jié) 本章對(duì)建立的三維模型進(jìn)行有限元分析，對(duì)在三維軟件中建立的實(shí)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(duì)模型進(jìn)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(huì)發(fā)生疲勞斷裂。為了保證使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，進(jìn)行了共振分析，進(jìn)行了五種狀態(tài)下的共振分析，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 26 5 結(jié)論 我們的設(shè)計(jì)是在 礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)一部的衍 生，已中北大學(xué)的汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試，在 車(chē)懸架為研究對(duì)象，使用 行設(shè)計(jì)和建模。同時(shí)我們需要所學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一部構(gòu)架思路，而且我們應(yīng)該用 我們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行真實(shí)的分析。通過(guò)有限元軟件 行了后懸架下控制臂的 速工況， 向工況并且進(jìn)行了共振分析。進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析。 1) 首先通過(guò)計(jì)算的方法確定懸架的基本參數(shù)，根據(jù)參數(shù)來(lái)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(chē)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(xiàn)平行輪跳動(dòng)的變化，然后利用 塊的一部分 ,優(yōu)化的參數(shù)曲線(xiàn) ,并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 ,通過(guò)對(duì)比我們的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)懸架改良后，通過(guò)模擬我們發(fā)現(xiàn)汽車(chē)的穩(wěn)定性得到提升。 4） 建立模型，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 27 及變形量，說(shuō)明符合設(shè)計(jì)要求。 本文對(duì)懸架設(shè)計(jì)取得了一定的成果，但是由時(shí)間的限制，還存在很 多問(wèn)題需要進(jìn)一步細(xì)致的分析，對(duì)此，以后還可以從以下幾個(gè)方面開(kāi)展： 1) 雖說(shuō)仿真可以對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)有效的分析、并是我們的工作周期變短，快速和簡(jiǎn)單的懸架系統(tǒng)的性能 ,但懸架性能仿真分析工作離不開(kāi)車(chē)輛實(shí)驗(yàn)中，需要進(jìn)一步加強(qiáng) 2) 可以使用位移傳感器測(cè)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(shí)間的限制 ,本文根據(jù)懸架控制臂校核強(qiáng)度后，接下來(lái)可以進(jìn)一步建立了有限元模型 ,還可以整個(gè)系統(tǒng)靜力學(xué)分析和疲勞分析。 4) 根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真結(jié)果 ,我們發(fā)現(xiàn)我們?cè)诓粩嗟馗倪M(jìn)的同 時(shí)，我們的汽車(chē)就會(huì)越來(lái)平穩(wěn)。 5) 本文主要研究了賽車(chē)的極限操作性 ,但是對(duì)平順性研究很少 ,進(jìn)一步可以結(jié)合舒適以發(fā)揮最大性能。 參 考 文 獻(xiàn) [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(jī)械設(shè)計(jì) 等教育出版社， 2006 [4] 武田信之（日）著，載貨汽車(chē)設(shè)計(jì)．人民交通出版社， 1997 [5] 陳家瑞 冊(cè)） 械工業(yè)出版社， 2008 [6] 格里斯比著，趙六奇，金達(dá)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(yùn) , 29 致 謝 時(shí)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(lái)時(shí)的一個(gè)傻姑娘，變成了一個(gè)知識(shí)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(zhuān)業(yè)課，讓我對(duì)我的專(zhuān)業(yè)有了深層次的了解。我不僅要感謝我的代課老師，同時(shí)還要感謝我的大學(xué)同學(xué)，要是沒(méi)有你們的幫助，我也不會(huì)成長(zhǎng)。 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(lái)到南校區(qū)，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)我的問(wèn)題，給我提出建議，改進(jìn)方法，孜孜不倦的給我傳授方法，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了更進(jìn)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(dòng)是我最寶貴的財(cái)富。