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

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