目錄
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摘 要 Ⅲ
Abstract Ⅳ
第一章 緒論 1
1.1懸架系統(tǒng)的概述 1
1.2懸架設(shè)計(jì)的要求 1
1.3 本課題的研究目的和意義 2
1.4 本文研究的主要內(nèi)容 3
第二章 懸架設(shè)計(jì)與汽車(chē)總體設(shè)計(jì)關(guān)系 4
2.1 整車(chē)開(kāi)發(fā)流程 4
2.2 懸架設(shè)計(jì)和整車(chē)開(kāi)發(fā)流程的關(guān)系及懸架的設(shè)計(jì)思路 4
第三章 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1 雙橫臂懸架的構(gòu)成部件及作用 6
3.2 懸架基本參數(shù)的選定 6
3.2.1 懸架的靜撓度和動(dòng)撓度 7
3.2.2 上下橫臂的長(zhǎng)度 8
3.2.3 懸架彈性特性 9
3.2.4 懸架側(cè)傾角剛度 9
第四章 彈性元件的選擇 11
4.1 彈性元件概述 11
4.2 螺旋彈簧的選擇 11
第五章 減振器的選擇 13
5.1 減振器類(lèi)型的選擇 13
5.2 減振器主要參數(shù)的選擇 13
第六章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)概述 15
6.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 15
6.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置參數(shù) 15
第七章 懸架CATIA建模及ANSYS分析 18
7.1 CATIA上下橫臂建模 18
7.2 CATIA螺旋彈簧及彈簧座建模 21
7.3 CATIA減振器總成建模及裝配 22
7.4 CATIA總體裝配 24
7.5 ANSYS下橫臂模態(tài)和靜力學(xué)分析 26
7.5.1 下橫臂模態(tài)分析 26
7.5.2 下橫臂靜力學(xué)分析 31
第八章 總結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
II
摘要
某轎車(chē)雙橫臂獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)
摘 要
雙橫臂式獨(dú)立懸架的用途主要是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架上的力和力矩，減小來(lái)自地面的沖擊載荷，衰減振動(dòng)，具有相當(dāng)不錯(cuò)的穩(wěn)定性和可靠性，也因此被廣泛地應(yīng)用在普通轎車(chē)的前輪上。此外，上下兩個(gè)橫臂的長(zhǎng)度可等長(zhǎng)、可不等長(zhǎng)，兩種形式分別為等長(zhǎng)雙橫臂式懸架和不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展改進(jìn)，不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架比等長(zhǎng)懸架更加穩(wěn)定，更加可靠，許多運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)和賽車(chē)的后輪也使用這種懸架結(jié)構(gòu)。
本次課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是轎車(chē)前輪的雙橫臂獨(dú)立懸架的匹配設(shè)計(jì)，首先確定雙橫臂獨(dú)立懸架的主要參數(shù)，確保能滿(mǎn)足汽車(chē)的行駛性能要求，然后進(jìn)行螺旋彈簧和減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，布置合理的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，最后根據(jù)設(shè)計(jì)所得的參數(shù)用CATIA建立雙橫臂獨(dú)立懸架的主要零件和裝配圖數(shù)模，檢驗(yàn)干涉和碰撞，并用有限元進(jìn)行下橫臂的模態(tài)分析和靜力分析。
關(guān)鍵詞: 雙橫臂獨(dú)立懸架；懸架設(shè)計(jì)；CATIA數(shù)模；ANSYS分析
III
Abstract
The design of double-wishbone independent suspension of a passenger car
Abstract
The purpose of the double wishbone type independent suspension is the main role on the wheels and the frame of the force and moment, reduce the impact load from the ground, the attenuation of vibration, has fairly good stability and reliability, and therefore is widely used on the ordinary car front wheel. In addition, the length of the upper and lower arms can be equal length and not equal length. The two forms are equal length double-arm suspension and unequal length double-beam suspension. After a long period of development and improvement, it is more stable and reliable to wait for the long double-beam suspension than the equal-length suspension, and the rear wheels of many sports cars and cars use this suspension structure.
This topic design is the main content of the car front wheel of the double wishbone independent suspension of matching design, first determine the main parameters of the double wishbone independent suspension, ensure that can meet the performance requirements, and then for helix spring and shock absorber design calculation and checking, layout reasonable guidance agencies, according to the design of the parameters of double wishbone typed independent suspension frame established by using CATIA main detail drawing and assembly drawing of d/a, inspection interference and collisions, and the cross arm with the finite element modal analysis.
Key words: Double-wishbone suspension;Suspension design; CATIA digital to analog; ANSYS analysis
IV
第一章 緒論
第一章 緒論
1.1懸架系統(tǒng)的概述
從十九世紀(jì)末德國(guó)出現(xiàn)了第一輛汽車(chē)，汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始迅速發(fā)展了一百二十多年的時(shí)間。隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的提升，交通的運(yùn)輸性能和效果得到了相當(dāng)多的升高。所以，汽車(chē)已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的交通工具之一，而且現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平的高低更代表著一個(gè)國(guó)家總體技術(shù)水平的高低，也是衡量一個(gè)國(guó)家是否強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)之一。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，汽車(chē)底盤(pán)中的懸架系統(tǒng)對(duì)其駕駛的可控性和舒適性有著密切的聯(lián)系，而懸架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度則直接影響著汽車(chē)的制造成本。在人體的構(gòu)造中，骨骼和骨骼通常是由軟組織連接起來(lái)的，軟組織充當(dāng)緩沖來(lái)保護(hù)骨骼，并將過(guò)多的振動(dòng)與大腦的腦細(xì)胞隔離開(kāi)來(lái)。汽車(chē)的組成結(jié)構(gòu)類(lèi)似于人體構(gòu)造，懸架系統(tǒng)相當(dāng)于人體的軟組織結(jié)構(gòu)，不僅支撐著整個(gè)車(chē)身，而且車(chē)輪與車(chē)架之間的彈性元件和減振器分別用來(lái)緩沖來(lái)自路面與車(chē)輪的沖擊，衰減振動(dòng)，隔絕振動(dòng)傳遞到汽車(chē)駕駛室里面的“大腦”。
一般根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式的不同，汽車(chē)懸架可以分成非獨(dú)立式懸架和獨(dú)立式懸架兩大類(lèi)，區(qū)別在于非獨(dú)立懸架的左右車(chē)輪之間由一根剛性梁或非斷開(kāi)式車(chē)橋連接。由于非獨(dú)立懸架是連接在一起的，所以當(dāng)它的一邊遇到糟糕路面跳起時(shí)，另一側(cè)也會(huì)跟著跳起。而獨(dú)立懸架由于是相互獨(dú)立的，兩側(cè)的懸架不會(huì)相互影響干擾，給乘客的舒適感更好。根據(jù)兩臂的結(jié)構(gòu)形式又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。(見(jiàn)圖1.1)
圖1.1 各種懸架形式對(duì)比
彈性元件一般有板簧、螺旋彈簧和空氣彈簧等類(lèi)型，一般螺旋彈簧運(yùn)用在汽車(chē)上較多，故此次設(shè)計(jì)的懸架為雙橫臂式螺旋彈簧獨(dú)立懸架。
1.2懸架設(shè)計(jì)的要求
（1）當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，振動(dòng)頻率應(yīng)和振動(dòng)加速度應(yīng)較小，以確保汽車(chē)擁有良好的行駛平順性；
（2）車(chē)輛在行駛的時(shí)候要能確保輪胎和車(chē)身的力和力矩能有效傳遞，保證可靠的穩(wěn)定控制性；
（3）汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候車(chē)身側(cè)傾角要盡量小，汽車(chē)在啟動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)候要保持車(chē)身的穩(wěn)定，后傾和前傾的角度要盡量??；
（4）選擇的平均阻尼適中，既要保證汽車(chē)具有足夠的抓地力，也要盡量衰減汽車(chē)振動(dòng)，同時(shí)角振動(dòng)的加速度應(yīng)盡可能的小，避免垂直振動(dòng)；
（5）懸架的各零部件要有足夠的剛度和強(qiáng)度，是懸架壽命滿(mǎn)足要求；
（6）設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要緊湊且合理，盡可能的占用較小的空間；
（7）擁有足夠的動(dòng)容量和動(dòng)行程；
（8）制造成本低；
（9）便于維修和保養(yǎng)；
為了滿(mǎn)足上面的各項(xiàng)要求，在接下來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要做到以下：
簧上質(zhì)量和連接到它的彈性元件形成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)。只有控制振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率在一定的變化范圍內(nèi)，汽車(chē)才能擁有很好的行駛平順性和穩(wěn)定性。一般固有頻率的值在變化范圍內(nèi)越小越好。在設(shè)計(jì)匹配時(shí)，需要選擇符合要求的前后懸架的固有頻率。不同的汽車(chē)對(duì)前后懸架的固有頻率不同，一般前懸架的固有頻率比后懸架的固有頻率要小一點(diǎn)。
當(dāng)汽車(chē)行駛在糟糕的道路上時(shí)，由于懸架是有彈性的，汽車(chē)會(huì)上下振動(dòng)。為了使振動(dòng)能夠迅速地減小，避免車(chē)輪與車(chē)身產(chǎn)生共振的情況，懸架上都安裝了減振器。因?yàn)闇p震器具有阻尼效應(yīng)，汽車(chē)的振動(dòng)振幅可以連續(xù)不斷地衰減，直至消失。
1.3 本課題的研究目的和意義
在如今的現(xiàn)代社會(huì)中，汽車(chē)的地位也是越發(fā)重要。在人們的日常生活中，沒(méi)有汽車(chē)將對(duì)出行帶來(lái)巨大的麻煩。而在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)方面，汽車(chē)工業(yè)也是創(chuàng)造國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要來(lái)源之一。一個(gè)國(guó)家汽車(chē)工業(yè)的技術(shù)水平的高低反應(yīng)了國(guó)家總體技術(shù)水平的高低，對(duì)汽車(chē)技術(shù)的創(chuàng)新更能推動(dòng)國(guó)家未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此現(xiàn)代我國(guó)的汽車(chē)企業(yè)也重視著自己的自主創(chuàng)新能力，將新能源和車(chē)身輕量化等作為企業(yè)的發(fā)展方向。而這些新的發(fā)展策略都離不開(kāi)技術(shù)較為成熟的懸架系統(tǒng)的支持。另一方面，隨著生活水平的提高，人們也更加注重生活質(zhì)量，汽車(chē)的綜合性能也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。懸架則是用來(lái)傳遞車(chē)輪與車(chē)身之間的力和力矩，傳遞過(guò)程中不可避免地也傳遞了來(lái)自不平路面的沖擊，產(chǎn)生振動(dòng)，影響了乘員乘坐汽車(chē)的舒適性，也影響了司機(jī)駕駛的操控性。而懸架的設(shè)計(jì)就是為了將影響降到最低以滿(mǎn)足乘車(chē)人的需求。
由此可見(jiàn)，懸架設(shè)計(jì)的好壞直接影響了整車(chē)的性能，是汽車(chē)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容之一，值得汽車(chē)技術(shù)研究人員的重點(diǎn)關(guān)注，進(jìn)一步研究。 此外，由于車(chē)輛懸架本身的特點(diǎn)和車(chē)輛的匹配關(guān)系，懸架的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)決定了車(chē)輛的穩(wěn)定性、操作的穩(wěn)定性和乘員的舒適性。因此，懸架將直接影響到汽車(chē)的等級(jí)和價(jià)格。因此，對(duì)汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。此次雙橫臂獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)是對(duì)汽車(chē)懸架系統(tǒng)中彈性元件和減振器等重要部件進(jìn)行的部分設(shè)計(jì)。分析了各種參數(shù)的意義以及車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能的影響。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，具有一定的實(shí)用性。
1.4 本文研究的主要內(nèi)容
本課題主要完成：調(diào)研雙橫臂式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程、熟悉雙橫臂懸架特點(diǎn)、確定雙橫臂懸架主要參數(shù)、完成雙橫臂懸架系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)計(jì)算。利用 CATIA 軟件對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，完成裝配圖并檢驗(yàn)干涉和碰撞，并對(duì)下橫臂進(jìn)行ANSYS模態(tài)振動(dòng)分析。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)把重點(diǎn)放在對(duì)懸架整體的性能影響程度大的主要零件上。
36
第二章 懸架設(shè)計(jì)與汽車(chē)總體設(shè)計(jì)關(guān)系
第二章 懸架設(shè)計(jì)與汽車(chē)總體設(shè)計(jì)關(guān)系
2.1 整車(chē)開(kāi)發(fā)流程
在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程通常分為五個(gè)階段，每個(gè)階段有時(shí)又都會(huì)有各自的流程。具體流程如下：
（1）方案企業(yè)策劃階段；
（2）概念設(shè)計(jì)階段（a.總體布置草圖；b.造型設(shè)計(jì)）；
（3）工程設(shè)計(jì)階段（a.總體布置設(shè)計(jì)；b.車(chē)身造型數(shù)據(jù)生成；c.發(fā)動(dòng)機(jī)工程設(shè)計(jì)；d.白車(chē)身工程設(shè)技；e.底盤(pán)工程設(shè)計(jì)；f.內(nèi)外飾工程設(shè)計(jì)；g.內(nèi)外飾工程設(shè)計(jì)；h.電器工程設(shè)計(jì)）。
（4）樣車(chē)試驗(yàn)階段；
（5）投產(chǎn)啟動(dòng)階段；
一般在項(xiàng)目企劃階段，首先要研究汽車(chē)市場(chǎng)(包括對(duì)市場(chǎng)的劃分、目標(biāo)市場(chǎng)的選擇和產(chǎn)品的定位)。然后在可行性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，提出建議書(shū)，明確新設(shè)計(jì)車(chē)型的形式、功能和技術(shù)特點(diǎn)，在最終產(chǎn)品中完成定位。該建議書(shū)是后續(xù)研究各種進(jìn)程的指導(dǎo)依據(jù)。在概念設(shè)計(jì)階段，第一步是做一個(gè)深入的研究和開(kāi)發(fā)計(jì)劃，來(lái)定義設(shè)計(jì)每個(gè)階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。其次，我們應(yīng)該根據(jù)研究和發(fā)展的工作量來(lái)分配任務(wù)。緊接著預(yù)算開(kāi)發(fā)的成本并控制開(kāi)發(fā)成本在合理范圍內(nèi)。最后，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作繪制零件清單列表。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段主要任務(wù)是對(duì)設(shè)計(jì)車(chē)型的所有零件總成進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且各總成、總車(chē)與整車(chē)之間不得相互干涉影響，確保車(chē)輛性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)大綱的要求。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程完成后開(kāi)始制造樣機(jī)，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)性能的檢測(cè)試驗(yàn)，并校核解決試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，只有當(dāng)產(chǎn)品完全符合要求時(shí)，才能投入生產(chǎn)銷(xiāo)售。
2.2 懸架設(shè)計(jì)和整車(chē)開(kāi)發(fā)流程的關(guān)系及懸架的設(shè)計(jì)思路
懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相互影響，有著緊密的聯(lián)系。汽車(chē)的整體參數(shù)決定著懸架在整車(chē)坐標(biāo)系中的位置，而懸架性能的優(yōu)劣則決定這整車(chē)的性能的好壞，決定了車(chē)型的檔次。通常在對(duì)懸架進(jìn)行預(yù)布置之前，要先在設(shè)計(jì)過(guò)程中確定車(chē)輛的整體尺寸和車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)形式，然后選擇相應(yīng)類(lèi)型的輪胎和半徑，確定車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的最小半徑。
在進(jìn)行懸架預(yù)布置時(shí)要關(guān)注以下兩點(diǎn)：
1、整車(chē)姿態(tài)
整車(chē)姿態(tài)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，由懸架的布置位置所決定，懸架的參數(shù)設(shè)定影響著整車(chē)空載和滿(mǎn)載的姿態(tài)，一旦確定之后就很難去改變。當(dāng)汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，整車(chē)姿態(tài)在0~0.5°左右。
2、輪胎的跳動(dòng)行程
根據(jù)車(chē)型的不一樣，輪胎的跳動(dòng)行程也會(huì)不一樣，兩者是相互有影響的。在預(yù)布置懸架時(shí)，前后車(chē)輪的上下跳動(dòng)行程設(shè)定在100mm，對(duì)于SUV則較大一些。后期調(diào)整過(guò)程中，由于后輪軸所受到的載荷變化程度較大，通常將后懸架的輪胎跳動(dòng)行程設(shè)置大于前懸架的行程，來(lái)提高后排乘員的舒適性。
新車(chē)型的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)需要大量的技術(shù)、人才積累，眾所周知我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，沒(méi)有強(qiáng)大的技術(shù)積累。過(guò)去多年我國(guó)的汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路一般有兩種，一是完全自主研發(fā)，二是直接購(gòu)買(mǎi)技術(shù)。這兩種思路都有很大的不足，由于技術(shù)水平不足，完全的自主開(kāi)發(fā)總是不盡人意，而簡(jiǎn)單的“拿來(lái)主義”永遠(yuǎn)得不到真正的技術(shù)，使其還掌握在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。為此近年來(lái)出現(xiàn)的逆向工程技術(shù)，可以很好地解決上述問(wèn)題，提高我國(guó)的汽車(chē)研發(fā)水平。
第三章 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)計(jì)算
第三章 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 雙橫臂懸架的構(gòu)成部件及作用
1、彈性元件--螺旋彈簧
具有傳遞豎直力和緩和沖擊的作用。
2、減振機(jī)構(gòu)--雙向筒式減振器
具有衰減振動(dòng)的作用。
3、導(dǎo)向裝置
具有傳遞除垂直力外的其它力和全部力矩、保證車(chē)輪按最佳軌跡相對(duì)于車(chē)身運(yùn)動(dòng)的作用。
4、橫向穩(wěn)定裝置
汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候會(huì)有橫向側(cè)傾，其具有防止側(cè)傾過(guò)大翻車(chē)的作用
5、限位機(jī)構(gòu)
限制懸架行程，防止懸架擊穿，吸收從車(chē)輪傳到車(chē)身上的沖擊載荷。
3.2 懸架基本參數(shù)的選定
懸架的基本參數(shù)不僅決定了懸架的性能，也決定了車(chē)輛的安全性、穩(wěn)定性和舒適性。因此，在設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算和確定懸架系統(tǒng)的基本參數(shù)是相當(dāng)重要的。本節(jié)的主要內(nèi)容是對(duì)懸架的基本參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算。
通過(guò)點(diǎn)云逆向，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析校核，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，空載前懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)定如表3.1所示：
表3.1 懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)
硬點(diǎn)（空載）
X坐標(biāo)
Y坐標(biāo)
Z坐標(biāo)
前車(chē)輪輪心
0
±725
55
滑柱上點(diǎn)
30
±535
598
下擺臂球銷(xiāo)中心
-6.2
±690
-57
下擺臂前點(diǎn)
6.4
±363
-37.1
下擺臂后點(diǎn)
316
±346
-19.7
轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)
122
±665
24.7
轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)點(diǎn)
157
±331
35
由上表通過(guò)計(jì)算分析可得杠桿比 i=1.052。
整車(chē)的基本技術(shù)參數(shù)如表3.2所示：
表3.2 整車(chē)基本技術(shù)參數(shù)
尺寸參數(shù)
軸距（mm）
2500
輪距
前輪（mm）
1460
后輪（mm）
1445
整車(chē)重心高度
空載（mm）
517
滿(mǎn)載（mm）
534
質(zhì)量參數(shù)
軸荷分配
空載
前軸（kg）
650
后軸（kg）
418
滿(mǎn)載
前軸（kg）
752
后軸（kg）
691
單邊車(chē)輪簧載質(zhì)量
空載
前輪（kg）
288
后輪（kg）
180.5
滿(mǎn)載
前輪（kg）
339
后輪（kg）
317
非簧載質(zhì)量
前懸架（kg）
74
后懸架（kg）
57
根據(jù)上述兩個(gè)表格的參數(shù)，對(duì)懸架進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
3.2.1 懸架的靜撓度和動(dòng)撓度
懸架靜撓度是指當(dāng)車(chē)輛滿(mǎn)載并處于靜止時(shí)，懸架的載荷與此時(shí)懸架剛度的比值，即為：
(3-1)
式中：ms指前懸架的簧上質(zhì)量，單位kg；
C指汽車(chē)前懸架剛度，單位N/m；
汽車(chē)的簧載質(zhì)量和汽車(chē)的前后懸架構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率是影響汽車(chē)行駛舒適性的主要參數(shù)之一。前后車(chē)身的固有頻率一般為：
(3-2)
由公式（3-1）和（3-2）可得，懸架的靜撓度和固有頻率的關(guān)系式為：
(3-3)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，車(chē)身振動(dòng)的固有頻率一般和人走路時(shí)的運(yùn)動(dòng)頻率相等，對(duì)乘用車(chē)而言，前懸架要求固有頻率在1～1.45Hz（相當(dāng)于每分鐘60到85次）。檔次越高的汽車(chē)，其固有頻率越低；而固有頻率的值也不能太小，避免動(dòng)撓度過(guò)大引起的限位塊與懸架碰撞。根據(jù)所設(shè)計(jì)汽車(chē)的要求，取n1=1.2Hz，則：
(3-4)
為了防止車(chē)身有較大的縱傾角振動(dòng)，后懸架的靜撓度一般比前懸架的靜撓度要小。對(duì)于乘用車(chē)而言，一般為前懸架的0.8～0.9倍，此次設(shè)計(jì)選0.8倍，即:
(3-5)
懸架的靜撓度和固有頻率均符合要求。
懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d是指輪胎中心相對(duì)于車(chē)身（即車(chē)架）在從滿(mǎn)載靜平衡位置開(kāi)始，懸架被壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最低位置（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的一半位置或三分之一的位置）時(shí)發(fā)生的垂直方向的位移量。動(dòng)撓度f(wàn)d應(yīng)該在合理范圍內(nèi)盡量大，減少汽車(chē)在糟糕路上行駛振動(dòng)是緩沖塊經(jīng)常過(guò)分壓縮碰撞。一般情況下動(dòng)撓度為靜撓度的0.5~0.7倍，本次設(shè)計(jì)選取動(dòng)撓度為9cm。
3.2.2 上下橫臂的長(zhǎng)度
雙橫臂式獨(dú)立懸架的兩橫臂的長(zhǎng)度影響著前輪跳動(dòng)時(shí)的定位參數(shù)。根據(jù)汽車(chē)工業(yè)長(zhǎng)期的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，雙橫臂式懸架的上橫臂較下橫臂短，一般取上橫臂與下橫臂的比值在0.6~1.0之間；這樣一方面可以更好地布置發(fā)動(dòng)機(jī)位置，還能使懸架特性較為理想。參考國(guó)外轎車(chē)獨(dú)立懸架的一些參數(shù)（表3.3），再根據(jù)我國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，此次懸架設(shè)計(jì)選取下橫臂的長(zhǎng)度為380mm，兩前襯套的距離為314mm，上橫臂的長(zhǎng)度為228mm，兩前襯套的距離為294mm。上下橫臂的厚度均為20mm，下橫臂活塞桿連接與球頭銷(xiāo)距離為90mm。另外選擇兩橫臂間的鉸點(diǎn)距離為200mm。
表3.3 國(guó)外轎車(chē)獨(dú)立懸架的一些參數(shù)
車(chē)牌名
上臂長(zhǎng)A/mm
下臂長(zhǎng)C/mm
球銷(xiāo)距B/mm
A/C
A/B
奔馳600（西德）
330
479
256
0.702
1.29
伏爾加（蘇）
200
445
250
0.45
0.8
雷諾（法）
215
350
200
0.61
1.07
王子（日）
245
305
200
0.8
1.22
福克斯豪爾（英）
250
380
200
0.66
1.25
雪佛蘭（美）
190
330
215
0.6
0.89
3.2.3 懸架彈性特性
懸架在受到垂直外力F時(shí)會(huì)發(fā)生一定的變形，該變形將導(dǎo)致車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身產(chǎn)生位移f，兩者間的關(guān)系曲線(xiàn)即為懸架的彈性特性曲線(xiàn)，其斜率即為懸架的剛度。懸架的彈性特性可分為線(xiàn)性彈性特性和非線(xiàn)性彈性特性。下圖3.1為雙橫臂式懸架的彈性特性曲線(xiàn)，它是一條直線(xiàn)，懸架所受的垂直外力F和車(chē)身的位移量f是一次函數(shù)，即為線(xiàn)性彈性曲線(xiàn)；直線(xiàn)的斜率固定，懸架的剛度是一個(gè)固定的值。
圖3.1 懸架彈性特性曲線(xiàn)
1-緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2-復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3-主彈簧彈性特性曲線(xiàn) 4-復(fù)原行程 5-壓縮行程
6-緩沖塊壓縮期懸架特性曲線(xiàn) 7-緩沖塊壓縮時(shí)開(kāi)始接觸彈性支架 8-額定載荷
3.2.4 懸架側(cè)傾角剛度
懸架的彈性恢復(fù)力矩是由于彈簧的側(cè)向傾斜引起懸架的橫向傾斜剛度。它對(duì)彈簧的橫向傾斜角有影響。側(cè)傾角不能太大也不能太小。懸架側(cè)傾角剛度較小、側(cè)傾角較大的汽車(chē)將無(wú)法給乘員帶來(lái)良好的乘坐舒適感。相反側(cè)傾斜角度較小、側(cè)傾角剛度較大的汽車(chē)對(duì)輪胎的磨損嚴(yán)重，還會(huì)給乘員帶來(lái)側(cè)翻的感覺(jué)。根據(jù)國(guó)家對(duì)這方面的約束，在側(cè)向慣性力為車(chē)重的0.4倍時(shí)，對(duì)于大型客車(chē)，它的的側(cè)傾角要小于最大值7°，對(duì)于普通乘用轎車(chē)，它的車(chē)身側(cè)傾角在2.5°~4°之間。此次設(shè)計(jì)我們?nèi)?cè)傾角為3。
第四章 彈性元件的選擇
第四章 彈性元件的選擇
4.1 彈性元件概述
彈性元件具有支持垂直方向載荷，減輕和抑制來(lái)自不平路面的振動(dòng)和沖擊的作用?，F(xiàn)代普通汽車(chē)彈簧主要是柱狀壓縮線(xiàn)圈螺旋彈簧，如圖4.1所示。螺旋彈簧按工藝可分為兩種：熱成型彈簧(成型后淬火，回火)和冷成型彈簧(采用油回火鋼絲，形成低溫退火)。一般當(dāng)鋼絲直徑大于10mm時(shí)采用熱成型螺旋彈簧，當(dāng)鋼絲直徑小于10mm時(shí)采用冷成型螺旋彈簧。
圖4.1 圓柱壓縮螺旋彈簧
圓柱壓縮螺旋彈簧特性曲線(xiàn)是線(xiàn)性的，其剛度穩(wěn)定。螺旋彈簧的彈性特性只要通過(guò)改變彈簧鋼絲直徑D、彈簧中徑和彈簧圈數(shù)n就能改變。同時(shí)，螺旋彈簧發(fā)展較久，生產(chǎn)它的工藝也比較成熟，成本相對(duì)是較低的；其結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，在懸架中安裝方便，也不占很大的空間；我們?cè)谠O(shè)計(jì)螺旋彈簧的時(shí)候可以選擇比較軟的彈簧，這樣轎車(chē)行駛時(shí)平順性會(huì)較好。但螺旋彈簧的缺點(diǎn)就是降低車(chē)身高度有一定的限制范圍，因?yàn)槁菪龔椈蓧翰⒑笞陨砀叨认拗啤?
4.2 螺旋彈簧的選擇
由表3.2可知空載情況下單邊彈簧載荷為：
(4-1)
式中，P01指空載時(shí)懸架單邊彈簧質(zhì)量，單位Kg。
由表3.2可知滿(mǎn)載情況下單邊彈簧載荷為：
(4-2)
式中，P02指滿(mǎn)載時(shí)懸架單邊彈簧質(zhì)量，單位Kg。
根據(jù)《機(jī)械零件手冊(cè)》，此次設(shè)計(jì)我們選取圓柱螺旋壓縮彈簧，其旋繞比為C=6，，材料為熱軋彈簧鋼。其基本參數(shù)如下表4.1：
表4.1 選取圓柱螺旋彈簧基本參數(shù)
簧條直徑d/mm
切變模量G/Mpa
彈性模量E/Mpa
許用切應(yīng)力τp/Mpa
5~80
78×103
197×103
590
根據(jù)公式 (4-3)
K= (4-4)
得 d=1.6 (4-5)
式中：τ指切應(yīng)力，單位Mpa；
F指工作載荷，即滿(mǎn)載載荷，單位N；
D指彈簧中徑，單位mm；
K指曲度系數(shù)；
k指彈簧剛度，單位N/mm；
f指工作載荷下的變形量，單位mm。
代入數(shù)據(jù)C=6，F(xiàn)=F=3495N，=590Mpa，得d=15mm。
根據(jù)查找的普通圓柱螺旋彈簧的尺寸系列的資料，我們此設(shè)計(jì)選取d=16mm。
再根據(jù)所選取的彈簧直徑d=16mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》GB1222選取圓柱螺旋彈簧，其基本參數(shù)如下:
d=16mm，C=6，D=95mm，=741Mpa，h=168mm，F(xiàn)s=12425N，fsd=16.81mm，k=745N/mm，Dx=79mm，DT=117mm。
彈簧的有效圈數(shù)為：
n= （4-6）
此次設(shè)計(jì)選取n=4。
彈簧的壓縮圈數(shù)n2選取2，則螺旋彈簧的總?cè)?shù)為6。
第五章 減振器的選擇
第五章 減振器的選擇
5.1 減振器類(lèi)型的選擇
盡管戰(zhàn)爭(zhēng)給人類(lèi)帶來(lái)的都是毀滅性的打擊，但不可否認(rèn)的是，戰(zhàn)爭(zhēng)也在某些程度上促使技術(shù)的發(fā)展。美軍在反法西斯戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，為了使吉普車(chē)具有更好的越野性能，改進(jìn)了減振器的結(jié)構(gòu)，提出了新的筒式液阻減振器，并在戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了很好的運(yùn)用，贏得了最后的勝利，之后這種減振器就取代了早期的搖臂式液阻減振器。目前懸架中使用最常見(jiàn)的是雙筒式減振器，它的優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但散熱性能較差，安裝受限較多。我國(guó)在上世紀(jì)六十年代汽車(chē)生產(chǎn)中也逐漸開(kāi)始使用這種筒式減振器。此次設(shè)計(jì)我們選用液壓筒式減振器。
5.2 減振器主要參數(shù)的選擇
1、阻尼系數(shù)的確定
在設(shè)計(jì)減振器時(shí)，阻尼比Ψ決定了懸架減振的快慢，阻尼比的值越大則振動(dòng)衰減得越快，因此阻尼比是評(píng)價(jià)懸架性能好壞的重要參數(shù)之一。筒式減振器一般包括伸張和壓縮兩個(gè)行程，伸張行程的阻尼比Ψs通常比壓縮行程的阻尼比Ψr要大，是壓縮行程阻尼比的1.25到1.5倍。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，阻尼比的取值在0.25~0.35之間，此次設(shè)計(jì)我們選取阻尼比為0.3。
減振器系統(tǒng)的阻尼系數(shù)δ為閥體開(kāi)啟時(shí)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，其計(jì)算公式為：
(5-1)
懸架的固有頻率，及偏頻的計(jì)算公式為：
(5-2)
所以由上面兩個(gè)公式得到的阻尼系數(shù)計(jì)算公式為：
(5-3)
實(shí)際設(shè)計(jì)減振器阻尼系數(shù)時(shí)則根據(jù)布置位置來(lái)確定，如圖5.1。
（a） （b） （c）
圖5.1 減振器安裝位置
選用（b）所示的布置形式，則阻尼系數(shù)的計(jì)算公式為：
(5-4)
式中，α指減振器軸線(xiàn)與汽車(chē)縱斷面的夾角；
a指減振器在下橫臂是的連接點(diǎn)到下橫臂球頭銷(xiāo)的距離；
n指雙橫臂懸架的下臂長(zhǎng)。
為減振器的桿桿比，即i=1.052
帶入數(shù)據(jù)得阻尼系數(shù)為1320。
2、最大卸荷力的確定
當(dāng)減振器的活塞運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定的速度時(shí)，為了使減振器具有衰減振動(dòng)，提高汽車(chē)行駛平順性的作用，就要求減振器內(nèi)部具有一定的油壓來(lái)打開(kāi)卸荷閥。這個(gè)速度即為卸荷速度Vx，此次設(shè)計(jì)的卸荷速度為Vx=0.15m/s。則最大卸荷力為：
(5-5)
3、筒式減振器工作缸的直徑 D 的確定
工作缸直徑計(jì)算公式為：
(5-6)
式中，[p]指工作缸的允許的最大壓力，單位Mpa；
指連桿直徑與缸筒直徑之比。
此次設(shè)計(jì)我們?nèi)p]的值為3.6Mpa，連桿直徑與缸筒直徑比值=0.5，根據(jù)上面的公式（5-6）計(jì)算出減振器工作缸的直徑是25.6mm。根據(jù)液壓筒式減振器的尺寸系列表，本次的設(shè)計(jì)我們選擇工作缸直徑為30mm的減振器。
第六章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第六章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)概述
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在懸架中承擔(dān)了所有除豎直方向的力和力矩，決定了車(chē)輪的跳動(dòng)軌跡和定位角的變化，對(duì)整車(chē)行駛的穩(wěn)定性和平順性具有很大的影響。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有多種類(lèi)型：麥弗遜懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、半拖臂懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、雙橫臂懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、單縱臂懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、鋼板彈簧懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
6.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
1、當(dāng)懸架承受的載荷發(fā)生變化時(shí)，汽車(chē)輪胎距離的變化范圍要保證小于4mm。若輪胎距離的改變超過(guò)4mm，將會(huì)產(chǎn)生輪胎的前期磨損。
2、當(dāng)汽車(chē)懸架所受到的壓力隨乘員承載改變的時(shí)候，汽車(chē)的前輪前束和外傾角也會(huì)發(fā)生一定的變化，要控制其在合理范圍內(nèi)，避免汽車(chē)輪胎產(chǎn)生縱向的加速度a。
3、當(dāng)汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，車(chē)身會(huì)發(fā)生側(cè)傾，這個(gè)側(cè)傾角要控制得較小一點(diǎn)。在側(cè)向加速度為 4.0g的條件下，車(chē)身發(fā)生的側(cè)傾角應(yīng)該在6°~7°之間。并且為了增強(qiáng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向效應(yīng)，應(yīng)該使車(chē)輪和車(chē)身保持傾斜方向相同。
4、當(dāng)汽車(chē)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，車(chē)身的后仰和前俯應(yīng)與地面保持較小的角度。
6.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置參數(shù)
1、側(cè)傾中心的確定
側(cè)傾中心W的位置是車(chē)輪與地面的交點(diǎn)N和極點(diǎn)p的連線(xiàn)與汽車(chē)的軸線(xiàn)的相交點(diǎn)，如圖6.1所示。極點(diǎn)p的高度決定了側(cè)傾中心W的位置，例如當(dāng)極點(diǎn)位于地面以上時(shí)，則側(cè)傾中心W的位置也在地面之上。此外，鉛垂線(xiàn)和軸距變化曲線(xiàn)的切線(xiàn)偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，車(chē)輪與地面的接觸點(diǎn)和極點(diǎn)之間的距離影響著這條曲線(xiàn)的曲率，兩個(gè)點(diǎn)之間的距離越小,曲線(xiàn)的曲率越大，運(yùn)動(dòng)學(xué)的車(chē)輪外傾角變化規(guī)律也將變得不理想。
圖6.1 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心圖
側(cè)傾中心計(jì)算公式為：
(6-1)
式中
(6-2)
(6-3)
前輪的各定位參數(shù)如表6.1所示；
表6.1前輪定位參數(shù)
前輪前束
外傾角
主后傾角
主銷(xiāo)內(nèi)傾角
3mm
0.75°±30′
4.5°±30′
12.5°±30′
根據(jù)三個(gè)公式和表6-1可以計(jì)算出側(cè)傾中心高度為：
(6-4)
2、縱傾中心的確定
當(dāng)汽車(chē)在啟動(dòng)和剎車(chē)的時(shí)候，車(chē)身會(huì)受到慣性力的作用，使地面對(duì)輪胎產(chǎn)生一個(gè)作用力。這個(gè)力作用在車(chē)身上使車(chē)身產(chǎn)生縱向力矩，導(dǎo)致前后四個(gè)輪胎上的載荷發(fā)生變化，車(chē)身出現(xiàn)前仰或者后仰，從而使整車(chē)姿態(tài)發(fā)生改變。因此縱傾中心的位置也是懸架設(shè)計(jì)好壞的重要參數(shù)之一。通過(guò)作圖的方法，將上下兩個(gè)橫臂的轉(zhuǎn)動(dòng)的中心軸線(xiàn)延長(zhǎng)，它們的交點(diǎn)就是縱傾中心Ov，如下面的圖6.2所示。
圖6.2 雙橫臂獨(dú)立懸架縱傾中心圖
通過(guò)對(duì)標(biāo)桿車(chē)的測(cè)量及硬點(diǎn)坐標(biāo)，確定縱傾中心Ov距離G點(diǎn)的水平距離為 2914.5mm。
第七章 懸架CATIA建模及ANSYS分析
第七章 懸架CATIA建模及ANSYS分析
CATIA是法國(guó)達(dá)索公司所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，被廣泛運(yùn)用在很多普遍的機(jī)械制造行業(yè)中。CATIA在創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)方面有很好的操作性，可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)在造型方面的各種復(fù)雜的曲面設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)我們將使用CATIA的草繪設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)和創(chuàng)程式曲面設(shè)計(jì)對(duì)懸架的上下兩個(gè)橫臂、螺旋彈簧以及減振器和活塞桿總成進(jìn)行三維建模，并在裝配設(shè)計(jì)模塊中裝配出懸架的總體裝配圖，分析其干涉和碰撞。最后對(duì)上橫臂進(jìn)行六階模態(tài)分析振動(dòng)。
7.1 CATIA上下橫臂建模
根據(jù)第三章的數(shù)據(jù)，在CATIA中草繪出上橫臂的輪廓并鏡像加厚15mm，在兩端繪制前襯套。通過(guò)布爾相減命令繪制加強(qiáng)筋，如圖7.1所示。
圖7.1 上橫臂未倒角
對(duì)圖7.1的各個(gè)連接位置和部分外輪廓進(jìn)行倒圓角命令，如圖7.2所示。
圖7.2 上橫臂倒圓角
類(lèi)似于上橫臂，對(duì)下橫臂的三維建模采用同樣的思路。首先以球頭銷(xiāo)軸心為基準(zhǔn)，草繪球頭銷(xiāo)的外部結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)草圖的方法得到球頭銷(xiāo)總成，如圖7.3所示。
圖7.3 球頭銷(xiāo)
對(duì)下擺臂的“A”型桿進(jìn)行草繪，如圖7.4所示。
圖7.4 下橫臂兩臂及緊固件
加厚上圖草繪，并對(duì)草繪進(jìn)行雙側(cè)平行命令，提取填充為片體，加厚為加強(qiáng)筋。在距離球心90mm處繪制活塞桿連接件，如圖7.5所示。
圖7.5下橫臂“A”臂
類(lèi)似于上橫臂對(duì)前襯套用同樣的方法建模，通過(guò)布爾添加命令將球頭銷(xiāo)、橫臂和前襯套等結(jié)合為一體，并對(duì)連接處進(jìn)行倒圓角處理，得到最終的上橫臂總成，如圖7.6所示。
圖7.6 下橫臂總成
7.2 CATIA螺旋彈簧及彈簧座建模
使用螺旋線(xiàn)命令生成高度為168mm，直徑95mm，圈數(shù)為6圈的螺旋線(xiàn)，在螺旋線(xiàn)的一端草繪半徑為8mm的圓，通過(guò)零件設(shè)計(jì)的加強(qiáng)筋命令生成如圖7.7所示的螺旋彈簧。
圖7.7 螺旋彈簧
通過(guò)草繪和掃掠生成上下兩個(gè)彈簧座的片體，并加厚為實(shí)體，分別為圖7.8、圖7.9。
圖7.8下彈簧座
圖7.9 上彈簧座
7.3 CATIA減振器總成建模及裝配
類(lèi)似上述步驟，通過(guò)一系列的旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)命令對(duì)減振器上下課題和活塞桿等零件建模，如圖7.10、圖7.11和圖7.12所示。
圖7.10 下減振器外殼
圖7.11上減振器外殼
圖7.12活塞連桿
進(jìn)入裝配模塊，將上面三個(gè)圖按同軸和偏移約束，得到如圖7.13所示的減振器總成。
圖7.13減振器總成
7.4 CATIA總體裝配
進(jìn)入零件裝配模塊，導(dǎo)入現(xiàn)有部件下橫臂，并固定約束下橫臂，作為裝配的基準(zhǔn)，如圖7.14所示。
圖7.14 固定下橫臂
導(dǎo)入活塞連桿，使用同軸和面接觸兩個(gè)命令將其安裝在下橫臂上，通過(guò)相同的步驟，將剩余各零件合理裝配到一起，如圖7.15所示。
圖7.15 懸架裝配圖
分析其自由度和干涉，能軸向旋轉(zhuǎn)的自由度為2的可以忽略，碰撞檢驗(yàn)分別為彈簧與下彈簧座碰撞（圖7.16）和彈簧與上彈簧座碰撞（圖7.17），由于螺旋彈簧可被壓縮，實(shí)際安裝時(shí)可以忽略碰撞，所以裝配體裝配合理。
圖7.16 下彈簧座碰撞
圖7.17 上彈簧座碰撞
7.5 ANSYS下橫臂模態(tài)和靜力學(xué)分析
7.5.1 下橫臂模態(tài)分析
ANSYS有限元軟件是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序。本次設(shè)計(jì)我們對(duì)易發(fā)生斷裂的下橫臂進(jìn)行模態(tài)分析。模態(tài)分析類(lèi)似于將一根繩子的一端固定，手握另一端抖動(dòng)，繩子會(huì)產(chǎn)生函數(shù)型的波形。下橫臂的模態(tài)分析就是將下橫臂在受力位置固定，分析其振動(dòng)頻率。首先在ANSYS中選擇Metric命令設(shè)置模型單位，創(chuàng)建項(xiàng)目后導(dǎo)入下橫臂模型，如圖7.18所示。
圖7.18 導(dǎo)入下橫臂
添加材料庫(kù)后，點(diǎn)擊Mesh工具欄中的Sizing命令添加網(wǎng)格劃分的控制尺寸，對(duì)下橫臂進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，如圖7.19所示。
圖7.19 網(wǎng)格劃分
在球頭銷(xiāo)和兩個(gè)前襯套上施加固定約束，如圖7.20所示。
圖7.20 施加固定約束
設(shè)置求解模型的前六階模態(tài)，得到其六個(gè)模態(tài)振型，如下圖7.21、圖7.22、圖7.23、圖7.24、圖7.25、圖7.26所示。
圖7.21 一階模態(tài)振型
圖7.22 二階模態(tài)振型
圖7.23 三階模態(tài)振型
圖7.24 四階模態(tài)振型
圖7.25 五階模態(tài)振型
圖7.26 六階模態(tài)振型
由上圖可知，前六階模態(tài)的固有頻率如下表7.1所示。
表7.1 六階固有頻率
模態(tài)階數(shù)
一階
二階
三階
四階
五階
六階
頻率/Hz
711.34
879.3
1121.5
1258.9
1865.4
2158.3
根據(jù)結(jié)果可知所得到的下橫臂自由振動(dòng)各階固有頻率，根據(jù)第三章選擇的懸架固有頻率為1.2Hz，所以下橫臂與其連接的減振器不會(huì)發(fā)生共振。
7.5.2 下橫臂靜力學(xué)分析
靜力分析計(jì)算在固定載荷下結(jié)構(gòu)模型的效應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響；但是它可以計(jì)算出如重力這樣的固定慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。類(lèi)似于上節(jié)的模態(tài)分析，對(duì)下橫臂的靜力分析算法采用直接法，首先導(dǎo)入IGS格式的下橫臂模型，再對(duì)其進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，如圖7.27所示。下擺臂采用合金鋼材料，它的彈性模量為210Gpa，泊松比為0.24，將材料屬性加入到材料類(lèi)型中去。網(wǎng)格劃分節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為93348，單元網(wǎng)格個(gè)數(shù)為52705，單元網(wǎng)格的類(lèi)型為三角形，其邊長(zhǎng)為5mm。
7.27 網(wǎng)格化下橫臂
在球頭銷(xiāo)的球心建立關(guān)鍵點(diǎn)，并在球頭與下橫臂的實(shí)際接觸區(qū)域建立耦合約束。約束方式為在球頭銷(xiāo)的球心處約束沿著z軸的平移自由度，在連接車(chē)架的兩個(gè)前襯套軸心約束除了沿x軸方向旋轉(zhuǎn)的其余所用自由度。在滿(mǎn)載時(shí)，單邊的簧載質(zhì)量為339kg，單邊懸架載荷為3495N。施加載荷在球頭銷(xiāo)的球心位置和與減振器、彈簧連接的底座的中心位置，其大小由動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算結(jié)果確定，約為3500N，如圖7.28所示。
圖7.28 施加載荷
得到的位移變形圖和等效應(yīng)力云圖為圖7.29和圖7.30所示。
7.29 位移變形圖
得到的位移變形圖中，最大的位移量約為0.02mm，且位移集中在兩端連接后的下橫臂中部，符合其實(shí)際的變化趨勢(shì)。
7.30 等效應(yīng)力云圖
得到的等效應(yīng)力云圖中，應(yīng)力分布較大區(qū)域在球頭銷(xiāo)連接處和下橫臂的中部，與實(shí)際情況比較符合。從上圖可知，應(yīng)力的平均值約為280MPa，最大值約為1200MPa分布在球頭銷(xiāo)與橫臂的連接位置。對(duì)下橫臂使用的45Mn2合金鋼材料，它的抗拉強(qiáng)度為700MPa，屈服極限為360MPa，而最大值大于屈服極限，對(duì)于球頭銷(xiāo)與橫臂的連接位置，可以采用減小倒圓角半徑的方法來(lái)解決應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題。
第八章 總結(jié)
第八章 總結(jié)
此課題是某轎車(chē)的雙橫臂獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)，工作總結(jié)為：在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先介紹懸架系統(tǒng)和它的設(shè)計(jì)要求，對(duì)此次課題的研究意義目的進(jìn)行了描述，對(duì)懸架設(shè)計(jì)的內(nèi)容簡(jiǎn)要概述。然后介紹了整車(chē)的開(kāi)發(fā)流程以及懸架設(shè)計(jì)在整車(chē)開(kāi)發(fā)流程中的位置關(guān)系及其重要性。在懸架設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先分析懸架的主要參數(shù)意義并選擇或計(jì)算，再對(duì)彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹和選擇類(lèi)型。在懸架的全部基本參數(shù)確定之后，最后使用CATIA軟件的零件設(shè)計(jì)和曲面設(shè)計(jì)模塊完成對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架的三維建模，并在裝配模塊中將懸架合理裝配。最后對(duì)易彎曲的下橫臂進(jìn)行簡(jiǎn)單的ANSYS有限元模態(tài)分析，分析其自由振動(dòng)頻率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，自己也遇到了很多不理解的內(nèi)容，最后在自己查閱資料和老師的直到下解決了大部分遇到的問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程極大地鍛煉了自己CATIA三維建模的能力。
此次設(shè)計(jì)也有很多不到位的地方，因?yàn)槭艿綍r(shí)間和自身經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題限制，本次懸架設(shè)計(jì)只對(duì)主要的零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)懸架整體的各相連部位還沒(méi)有實(shí)際的計(jì)算定位。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
首先我要感謝我的母校金陵科技學(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)，給我們提供了優(yōu)越的生活環(huán)境和良好的學(xué)習(xí)氛圍。大學(xué)四年里，在金陵科技學(xué)院校訓(xùn)的指引下，我們努力學(xué)習(xí)，在學(xué)校的圖書(shū)館暢游知識(shí)的海洋，豐富了自己的精神世界。這些知識(shí)同樣也為我們未來(lái)工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，引領(lǐng)我們從學(xué)校邁向社會(huì)的新世界。
在諸鑫瑞老師和管曉晨工程師的耐心指導(dǎo)下，我圓滿(mǎn)的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，諸鑫瑞老師從開(kāi)題報(bào)告開(kāi)始就對(duì)我們進(jìn)行了論文擬寫(xiě)的建議，幫助我們提供可參考的文獻(xiàn)。對(duì)于我們上傳的草稿認(rèn)真審閱，對(duì)我們的不足之處進(jìn)行了詳細(xì)的講解，并提供修改的建議和方法。論文的完成離不開(kāi)諸老師的循循善誘，在此深切的感謝諸老師對(duì)于我們的付出。其次，我要感謝蘇州奧杰汽車(chē)技術(shù)股份有限公司給我進(jìn)行的CATIA培訓(xùn)和工程師管曉晨對(duì)畢設(shè)提供的參考文獻(xiàn)和專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)，對(duì)我在后期論文完成方面帶來(lái)了很大的幫助。
最后感謝我們班幫助過(guò)我的所用同學(xué)，是大家共同營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)我們共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。