賽車(chē)懸掛設(shè)計(jì)

大學(xué)生方程式賽車(chē)懸掛設(shè)計(jì)機(jī)汽學(xué)院指導(dǎo)老師：程金銘車(chē)輛1111班王建2011138120

懸架是汽車(chē)上的減振保穩(wěn)部件，對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性具有決定性作用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響乘坐舒適性。FSAE賽事規(guī)則要求賽車(chē)懸架應(yīng)該保證汽車(chē)具有良好的行駛平順性；合適的衰減振動(dòng)能力；良好的操縱穩(wěn)定性；賽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角合適；結(jié)構(gòu)緊湊，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉;能可靠地傳遞車(chē)身和車(chē)輪之間的各種力和力矩，保證有足夠的強(qiáng)度和使用壽命；便于布置、維修概述

研究目的和意義大學(xué)生方程式賽車(chē)賽事組織的目的主要有：一是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、制造能力、成本控制能力和團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作能力，使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺(tái)；二是通過(guò)活動(dòng)創(chuàng)造學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)氛圍，為院校間提供交流平臺(tái)，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)科建設(shè)的提升。本文主要研究?jī)?nèi)容懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)對(duì)比選擇主要零件建模與裝配主要參數(shù)計(jì)算與靜力學(xué)分析賽車(chē)懸掛系統(tǒng)的要求考慮到高速賽車(chē)對(duì)操縱穩(wěn)定性的要求很高，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)和布置的安排并參考國(guó)內(nèi)外的賽車(chē)懸架，本文采用獨(dú)立懸架。根據(jù)中國(guó)大學(xué)生方程式賽事要求：賽車(chē)懸架必須有減震器，并且在載有賽手的情況下懸架的上下行程不低于25.4mm；懸架的所有連接點(diǎn)都可以直接看到或是通過(guò)移除覆蓋件間接地看到。結(jié)合賽事要求和懸架的性能要求，F(xiàn)SAE賽車(chē)懸架設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足以下要求：（1）要具有合適的衰減震動(dòng)的能力；（2）保證汽車(chē)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；1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2獨(dú)立懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單橫臂式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、抗側(cè)傾能力比較強(qiáng)，但同時(shí)懸架的側(cè)傾中心比較高，在懸架發(fā)生變形時(shí)，會(huì)使汽車(chē)車(chē)輪的輪距變大，從而加劇輪胎的磨損。如果用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)，在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)主銷(xiāo)內(nèi)傾角和車(chē)輪的外傾角造成很大的變化，對(duì)操縱穩(wěn)定性有一定的影響，所以現(xiàn)在在前懸架上很少應(yīng)用，一般應(yīng)用于汽車(chē)的后懸架；雙橫臂獨(dú)立懸架是由上、下橫臂連接車(chē)輪和車(chē)身的懸架形式，根據(jù)上、下橫臂的長(zhǎng)度可分為等長(zhǎng)雙橫臂和不等長(zhǎng)雙橫臂懸架。雙橫臂懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性比較好，汽車(chē)的側(cè)傾中心和縱傾中心由懸架橫臂的安裝位置確定，容易調(diào)整。在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)可以使車(chē)輪定位參數(shù)變化比較小，可以保證汽車(chē)的操縱性。整體方案設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)介紹

2014年賽車(chē)采用不等臂式雙橫臂獨(dú)立懸架（前拉后推式），主要由彈簧減震器、輪胎、立柱、輪芯、桿端軸承、立柱吊耳、懸架吊耳主要部件構(gòu)成。橫臂與橫臂通過(guò)2A12鋁合金銑出來(lái)的叉臂接頭通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接，在接頭處通過(guò)螺紋孔與桿端軸承配合，然后與立柱吊耳鉸接。與車(chē)架連接的一端，通過(guò)一個(gè)圓柱接頭粘接后，桿端軸承與懸架吊耳鉸接。減震器、搖臂、拉桿以及A臂接頭吊耳組成一個(gè)系統(tǒng)，車(chē)輪受到載荷時(shí)，力通過(guò)拉桿傳到搖臂上，搖臂圍繞搖臂中心轉(zhuǎn)動(dòng)，將力傳給減震器，通過(guò)減震彈簧和阻尼器減小沖擊載荷。車(chē)輪實(shí)際運(yùn)動(dòng)中遇到突起或凹坑時(shí)，路面對(duì)車(chē)輪的垂直力依次通過(guò)立柱、下球頭、下擺臂、推桿、搖臂和減震器傳遞到車(chē)架通過(guò)減震器的減震作用，迅速衰減車(chē)身振動(dòng)，從而提高平順性。懸架系統(tǒng)中所受到的縱向力、側(cè)向力及其力矩均由立柱和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)承受。前輪主要部件設(shè)計(jì)及裝配圖導(dǎo)向桿尺寸及角度確定靜力學(xué)分析介紹在對(duì)重要零部件設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)利用Ansys軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析。在軟件中首先將catia三維模型導(dǎo)入，再添加材料屬性，通過(guò)查找材料的屬性，在軟件中將：1.泊松比（材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變絕對(duì)值比值，也叫橫向變形系數(shù)。）2.彈性模量3.張力強(qiáng)度4.質(zhì)量密度5.屈服強(qiáng)度導(dǎo)入；通過(guò)對(duì)力的性質(zhì)（力、壓力、螺栓載荷、力矩、軸承載荷、慣性載荷等等）確定，利用xyz來(lái)定義力的方向，force中輸入力的大小，來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出其總形變量、應(yīng)力、應(yīng)變、安全系數(shù)的顏色分布圖。前輪芯受力分析應(yīng)變分析應(yīng)力分析圖安全系數(shù)分析圖前立柱應(yīng)力分析圖前立柱安全系數(shù)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的意義汽車(chē)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)及彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的設(shè)計(jì)成為汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要內(nèi)容是研究車(chē)輪定位參數(shù)與車(chē)輪跳動(dòng)量的關(guān)系。從中可以得到基本的車(chē)輪定位及變化特性信息。以懸架操縱穩(wěn)定性、平順性、等為主要評(píng)價(jià)目標(biāo)，受到車(chē)身造型的制約及總布置的協(xié)調(diào)，在不同底盤(pán)調(diào)教風(fēng)格下，懸架在與之關(guān)系密切、性能日新月異的相關(guān)功能子系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向、輪胎、動(dòng)力、制動(dòng)相互作用下，可以?xún)?yōu)化出不同側(cè)重點(diǎn)的最優(yōu)解。車(chē)輪垂直跳動(dòng)分析是懸架性能分析中一個(gè)很重要的方法，在本次分析中，考慮到比賽時(shí)，車(chē)輛長(zhǎng)期處于轉(zhuǎn)彎工況，所以本次設(shè)計(jì)主要做兩側(cè)車(chē)輪反向跳動(dòng)分析。首先在標(biāo)準(zhǔn)模式下，定義懸架系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)：輪胎空載時(shí)的半徑為260.35mm，輪胎徑向剛度為100N/mm,簧載質(zhì)量為260kg,質(zhì)心高度為300mm,軸距為1600mm仿真的定位參數(shù)1.車(chē)輪外傾角2.主銷(xiāo)后傾3.前輪前束4.輪距變化1．主銷(xiāo)后傾角（Caster）☆主銷(xiāo)后傾角定義：上球頭或支柱頂端與下球頭的連線（轉(zhuǎn)向時(shí)，車(chē)輪圍繞其進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸）在幾何中心線方向,向前或向后傾斜的角度。向前傾斜稱(chēng)為負(fù)主銷(xiāo)后傾角，向后傾斜稱(chēng)為正主銷(xiāo)后傾角?！罟δ埽河绊戅D(zhuǎn)向穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向后方向盤(pán)自動(dòng)回正能力?！畎Y狀判斷：a)

主銷(xiāo)后傾角太小造成不穩(wěn)定：轉(zhuǎn)向后缺乏方向盤(pán)自動(dòng)回正能力；車(chē)速高時(shí)發(fā)飄（車(chē)輛在高速公路上行駛時(shí),應(yīng)對(duì)此項(xiàng)予以充分重視。）主銷(xiāo)后傾角不對(duì)稱(chēng)造成跑偏：左、右兩輪之主銷(xiāo)后傾角不相等超過(guò)30′(0.5°)時(shí)車(chē)輛出現(xiàn)跑偏，跑偏方向朝向主銷(xiāo)后傾角較小的一側(cè)。2．車(chē)輪外傾角（Camber）☆車(chē)輪外傾角定義：輪胎的上沿偏向車(chē)輛內(nèi)側(cè)（朝向引擎）或外側(cè)（遠(yuǎn)離引擎）的角度。車(chē)輪旋轉(zhuǎn)平面和幾何中心垂面的夾角.前輪在方向盤(pán)居中位置時(shí)測(cè)量。后輪在正前打直位置測(cè)量（四輪轉(zhuǎn)向）?！罟δ埽赫{(diào)整車(chē)輛負(fù)載作用于輪胎的中心，消除跑偏，減少輪胎磨損。

3．前束角（Toe）☆

前束角的定義：左右車(chē)輪