FSAE賽車雙橫臂式前懸架設(shè)計(jì)

資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 摘 要 本設(shè)計(jì)結(jié)合懸架設(shè)計(jì)知識(shí)，詳細(xì)分析了懸架結(jié)構(gòu)，對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在ADAMS/View中對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行合理簡(jiǎn)化并建模，并對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)化，定制界面，即改變初始參數(shù)就能快速生成不同的懸架模型，提高了仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，使平臺(tái)具有開(kāi)放性。分析研究了所需優(yōu)化的變量（前輪外傾角、車輪側(cè)滑量）及其函數(shù)表達(dá)式。進(jìn)行了懸架動(dòng)力學(xué)仿真分析，研究懸架各性能參數(shù)在車輪跳動(dòng)過(guò)程中的變化趨勢(shì)，并指出需要改進(jìn)的地方。分析每個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化對(duì)樣機(jī)性能的影響，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。再次進(jìn)行仿真，對(duì)比分析了優(yōu)化前后的仿真結(jié)果，并評(píng)價(jià)了優(yōu)化方案。優(yōu)化后懸架的性能明顯提高，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性，并完成虛擬設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。最后運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行實(shí)體的建立。 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義為在賽車制造前進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真，并且提出改進(jìn)意見(jiàn)，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。 關(guān)鍵詞：雙橫臂；獨(dú)立懸架；虛擬樣機(jī)技術(shù)；優(yōu)化；ADAMS ABSTRACT On the basis of the Suspension design, this paper calculated a detailed requirements for double wishbone independent suspension structure, I simplified and built a model of double wishbone independent suspension system in ADAMS/View, made the model parameters, then the model was open, and prepared the necessary measuring function. I discussed the performance of the front wheel alignment parameters in a front wheel vehicle positioning. The model was a virtual front suspension test platform. This thesis analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel. The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed, make an optimized design of the program, with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization, the suspension’s key data was generated, the virtual design and test were finished. Finally I used Pro/E for double wishbone independent suspension a modeling. The design for the purpose and significance of the study in car manufacturing design and test before simulation, and puts forward Suggestions of improvement can be found and corrected design flaw, perfecting the design scheme, and improve the design quality and efficiency. Keywords: Double Wishbone; Independent suspension; Virtual Prototyping Technology; Optimize; ADAMS 目 錄 摘 要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 緒 論 1 1.1 FSAE概述 1 1.1.1 背景.. 1 1.1.2 發(fā)展與現(xiàn)狀 2 1.1.3 國(guó)內(nèi)情況 2 1.2 研究?jī)?nèi)容和方法 3 第2章 獨(dú)立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 4 2.1 懸架的組成與分類 4 2.1.1 懸架組成 4 2.1.2 懸架分類 4 2.2 獨(dú)立雙橫臂懸架 6 2.3 本章小結(jié) 8 第3章 獨(dú)立雙橫臂懸架設(shè)計(jì) 9 3.1 設(shè)計(jì)主要依據(jù)參數(shù) 9 3.1.1 影響平順性參數(shù) 9 3.1.2簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 10 3.2 螺旋彈簧設(shè)計(jì) 10 3.2.1 螺旋彈簧類型的選擇 10 3.2.2 彈簧相關(guān)計(jì)算 11 3.3 減振器設(shè)計(jì) 15 3.3.1 減震器形式的選擇 15 3.3.2相對(duì)阻尼系數(shù) 15 3.3.3 減振器阻尼系數(shù)的確定 15 3.3.4最大卸荷力的確定 16 3.3.5減振器尺寸的確定 16 3.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17 3.4.1 側(cè)傾中心及橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 17 3.4.2 縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 17 3.4.3 水平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 18 3.4.4 上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 18 3.5 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 19 3.5.1穩(wěn)定桿直徑計(jì)算 19 3.5.2穩(wěn)定桿校核 20 3.6緩沖塊 20 3.7有限元分析 21 3.8 本章小結(jié) 30 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 31 4.1 仿真軟件ADAMS的介紹 31 4.1.1 ADAMS的簡(jiǎn)介 31 4.1.2 ADAMS軟件的優(yōu)點(diǎn) 32 4.2懸架建模關(guān)鍵點(diǎn)的確定 33 4.3在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 35 4.3.1建模 35 4.3.2 定制界面 38 4.4測(cè)試懸架模型 41 4.4.1 添加驅(qū)動(dòng) 41 4.4.2 測(cè)量數(shù)據(jù) 41 4.4.3對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析 49 4.5懸架參數(shù)化 50 4.5.1創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量 50 4.5.2設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)化 51 4.5.3實(shí)體參數(shù)化 54 4.6 設(shè)計(jì)參數(shù)的研究分析 56 4.6.1 參數(shù)化分析方法 56 4.6.2 設(shè)計(jì)研究 56 4.6.3優(yōu)化方案 60 4.6.4優(yōu)化結(jié)果 62 4.6.5優(yōu)化結(jié)果的評(píng)價(jià) 62 4.7本章小結(jié) 62 第5章 懸架實(shí)體建模 63 5.1懸架各零件的建模 63 5.1.1主銷的建模 63 5.1.2減震器的創(chuàng)建 68 5.1.3上橫臂的創(chuàng)建 68 5.1.4下橫臂的創(chuàng)建 69 5.1.5關(guān)節(jié)軸承的創(chuàng)建 69 5.2懸架的裝配 70 5.2.1 各件的裝配 70 5.2.2 懸架的總裝 72 5.3本章小結(jié) 74 結(jié) 論 75 參考文獻(xiàn) 76 致　 謝 78 附 錄 79 第1章 緒論 1.1、FSAE概述 1.1.1、背景 Formula SAE 賽事由美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（the Society of Automotive Engineers 簡(jiǎn)稱SAE）主辦。SAE 是一個(gè)擁有超過(guò)60000 名會(huì)員的世界性的工程協(xié)會(huì)，致力與海、陸、空各類交通工具的發(fā)展進(jìn)步。Formula SAE 是一項(xiàng)面對(duì)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)學(xué)生會(huì)員組隊(duì)參與的國(guó)際賽事，于1980 年在美國(guó)舉辦了第一屆賽事。比賽的目的是設(shè)計(jì)、制造一輛小型的高性能賽車。目前美國(guó)、歐洲和澳大利亞每年都會(huì)定期舉辦該項(xiàng)賽事。比賽由三個(gè)主要部分組成：工程設(shè)計(jì)、成本以及靜態(tài)評(píng)比；多項(xiàng)單獨(dú)的性能試驗(yàn)；高性能耐久性測(cè)試。 Formula SAE 發(fā)展的初衷是想創(chuàng)立一個(gè)小型的道路賽車比賽，而現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)擁有大約20 競(jìng)賽因素的大型比賽，參與者包括賽車和車隊(duì)。Formula SAE 向年輕的工程師們提供了一個(gè)參與有意義的綜合項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。由參與的學(xué)生負(fù)責(zé)管理整個(gè)項(xiàng)目，包括時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排，做預(yù)算以及成本控制、設(shè)計(jì)、采購(gòu)設(shè)備、材料、部件以及制造和測(cè)試。Formula SAE 為在傳統(tǒng)教室學(xué)習(xí)中的學(xué)生提供了一個(gè)現(xiàn)實(shí)的工程經(jīng)歷。Formula SAE 隊(duì)員在這個(gè)過(guò)程中將會(huì)經(jīng)受考驗(yàn)，面對(duì)挑戰(zhàn)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力。出于此項(xiàng)比賽的宗旨，參賽學(xué)生們是被一個(gè)假象的制造公司雇傭，讓他們制造一輛原型車，用于量產(chǎn)前的各項(xiàng)評(píng)估。目標(biāo)市場(chǎng)就是那些會(huì)在周末去參加高速穿障比賽（Autocross）的非專業(yè)車手。因此，這些賽車在加速、制動(dòng)、和操控性方面要有非常好的表現(xiàn)。它們要造價(jià)低廉、便于維修并且足夠可靠。另外，這些賽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)因?yàn)橐恍└郊右蛩?，比如美觀、舒適性和零件的兼容性而得到提升。制造公司日產(chǎn)能力要達(dá)到4 輛，并且原型車的造價(jià)要低于25,000 美元。對(duì)于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)在于要在一定的時(shí)間和一定的資金限制下，設(shè)計(jì)和制造出最能滿足這些目的的原型車。每一項(xiàng)設(shè)計(jì)將會(huì)與其他的設(shè)計(jì)一起參與比較和評(píng)估從而決出最佳整車。 1.1.2、發(fā)展和現(xiàn)狀 從世界范圍來(lái)看，當(dāng)今有三個(gè)地區(qū)有Formula SAE 的學(xué)生競(jìng)賽，即美國(guó)、歐洲、澳洲。 70 年代中期，幾個(gè)美國(guó)大學(xué)開(kāi)始主辦當(dāng)?shù)氐膶W(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽車。SAE MiniBaja 的名稱沿襲了著名的墨西哥Baja 1000 汽車比賽。第一屆SAE Mini Baja 比賽于1976 年舉辦，并且迅速成為一個(gè)地區(qū)性的年度比賽。比賽由三個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)組成，即一天的靜態(tài)比賽——設(shè)計(jì)、成本、陳述——接著一天是各自的性能競(jìng)賽項(xiàng)目。Mini Baja 比賽重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了地盤的設(shè)計(jì)，因?yàn)槊總€(gè)隊(duì)伍都使用一個(gè)8 匹馬力的引擎，這一點(diǎn)無(wú)法改變。在過(guò)去的20 多年里，SAE Mini Baja 的成功超乎了每個(gè)人的預(yù)期。 在SAE Mini Baja 的成功獲得各界認(rèn)同的同時(shí)，SAE 聯(lián)合美國(guó)三大汽車公司開(kāi)始推廣一項(xiàng)技術(shù)水平更高的工程類學(xué)生競(jìng)賽，這就是Formula SAE。Formula SAE 相比SAE Mini Baja 有著許多進(jìn)步和發(fā)展，引擎的限制也已經(jīng)大大放寬，允許參賽車隊(duì)使用610cc 以下的發(fā)動(dòng)機(jī)，這極大地提升了賽車的性能表現(xiàn)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，很多高校已經(jīng)從事Formula SAE 超過(guò)20 年時(shí)間，擁有大量資金和試驗(yàn)基礎(chǔ)的情況下，他們的作品已經(jīng)基本達(dá)到了專業(yè)水平，最高時(shí)速可達(dá)到甚至超過(guò)200km/h，0 到100km/h 加速時(shí)間一般都在4.5s 以內(nèi)。 從原先在SAE Mini Baja 比賽中的8hp 發(fā)動(dòng)機(jī)到現(xiàn)今Formula SAE 中已經(jīng)超過(guò)100hp 的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)ormula SAE 在多方面都取得了驚人的成績(jī)，并且該項(xiàng)比賽一直保持了發(fā)展的態(tài)勢(shì)。 1.1.3、國(guó)內(nèi)情況 中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（簡(jiǎn)稱“中國(guó)FSAE”）是一項(xiàng)由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊(duì)參加的汽車設(shè)計(jì)與制造比賽。各參賽車隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，在一年的時(shí)間內(nèi)自行設(shè)計(jì)和制造出一輛在加速、制動(dòng)、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 2010年第一屆中國(guó)FSAE由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)二十所大學(xué)汽車院系、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團(tuán)——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國(guó)FSAE秉持“中國(guó)創(chuàng)造擎動(dòng)未來(lái)”的遠(yuǎn)大理想，立足于中國(guó)汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國(guó)家FSAE賽事的成功經(jīng)驗(yàn)，打造一個(gè)新型的培養(yǎng)中國(guó)未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師的交流盛會(huì)，并成為與國(guó)際青年汽車工程師交流的平臺(tái)。中國(guó)FSAE致力于為國(guó)內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺(tái)，通過(guò)全方位考核，提高學(xué)生們的設(shè)計(jì)、制造、成本控制、商業(yè)營(yíng)銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行長(zhǎng)期的人才積蓄，促進(jìn)中國(guó)汽車工業(yè)從“制造大國(guó)”向“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略方向邁進(jìn)。 中國(guó)FSAE是一項(xiàng)非盈利的社會(huì)公益性事業(yè)，利在當(dāng)代，功在未來(lái)。項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展結(jié)合優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部門和社會(huì)各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會(huì)各界對(duì)項(xiàng)目投入的人力支持和資金贊助全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學(xué)生設(shè)立賽事獎(jiǎng)金。 1.2、研究的內(nèi)容和方法 分析雙橫臂獨(dú)立式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計(jì)要求，在懸架設(shè)計(jì)中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，在ADAMS軟件平臺(tái)上建立雙橫臂獨(dú)立懸架的簡(jiǎn)化物理模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，通過(guò)分析車輪垂直跳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)與車輪前束角的變化等關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建立虛擬雙橫臂獨(dú)立選件模型，并運(yùn)用Pro/E建立懸架三維物理模型。 其具體路線如框圖1.1所示。 調(diào)研，資料收集 各零件尺寸的計(jì)算 懸架結(jié)構(gòu)形式選擇 ADAMS建模、優(yōu)化 不合格 合格 Pro/E建模 完成CAD圖 圖1.1設(shè)計(jì)路線圖 第2章 獨(dú)立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 2.1、懸架組成和分類 懸架是現(xiàn)代汽車上重要總成之一，他把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的連接起來(lái)。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪很車架（或車身）之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順行；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特征，保證汽車的操作穩(wěn)定性，是汽車獲得高速行駛能力。懸架主要由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等元件組成。 2.1.1、懸架組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有不同的結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架（或車身）隨車輪按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。轎車上來(lái)講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但是沒(méi)有減振作用。減振器在車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。采用減振器是為了吸收振動(dòng)，使汽車車身振動(dòng)迅速衰弱（振幅迅速減小），使車身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架（或車身）有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2.1.2、懸架的分類 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 （1）非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架的左右車輪裝在一根整體的剛性軸或非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼上， 非獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、維修方便，經(jīng)濟(jì)性好；工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；車輪跳動(dòng)時(shí)，車距、前束不變，因而輪胎磨損??；轉(zhuǎn)向是，車身側(cè)傾后輪的外傾角不變，傳遞側(cè)向力的能力不降低；側(cè)傾中心位置較低，有利于減小轉(zhuǎn)向是車身的側(cè)傾角。缺點(diǎn)：由于車橋與車輪一起跳動(dòng)，因而需要較大的空間，影響發(fā)動(dòng)機(jī)或行李箱的布置；用于驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，會(huì)使得非懸掛質(zhì)量較大，不利于汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；當(dāng)兩側(cè)車輪跳動(dòng)高度不一致時(shí)，這跟車橋會(huì)傾斜，是左右車輪直接相互影響；在不平路面直線行駛時(shí)，由于左右車輪跳動(dòng)不一致而導(dǎo)致的軸轉(zhuǎn)向會(huì)降低直線行駛的穩(wěn)定性；由于驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋的輸入轉(zhuǎn)矩會(huì)引起左右車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移。非獨(dú)立懸架廣泛應(yīng)用于載貨汽車以及大客車的前后懸架，一些全輪驅(qū)動(dòng)的多用途也采用非獨(dú)立懸架作為前后懸架。 （2）獨(dú)立懸架 汽車的每個(gè)車輪單獨(dú)通過(guò)一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開(kāi)式，中間一段固定于車架或車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較輕，緩沖與減震能力很強(qiáng)，乘坐舒適，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸掛，但該懸掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)雜起來(lái)。采用此種懸掛的轎車、客車以及載人車輛，可明顯提高乘坐的舒適性，并且在高速行駛時(shí)提高汽車的行駛穩(wěn)定性。而越野車輛、軍用車輛和礦山車輛，在壞路或無(wú)路的情況下，可保證全部車輪與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度。 與非獨(dú)立懸架相比，獨(dú)立懸架具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）非懸架質(zhì)量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；（2）左右車輪的跳動(dòng)沒(méi)有直接的相互影響，可以減少車身的傾斜和振動(dòng)；（3）占用橫向空間小，便于發(fā)動(dòng)機(jī)的布置，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置，從而降低汽車的質(zhì)心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；（4）易于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向[4]。 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)分有橫臂式（圖2.1a）、縱臂式（圖2.1b）、燭式（圖2.1c）、麥弗遜式（圖2.1d）等多種，其中橫臂式又可分為單橫臂式和雙橫臂式[4]。 圖2.1 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu) 2.2、獨(dú)立雙橫臂懸架 雙橫臂式獨(dú)立懸架根據(jù)上下橫臂的長(zhǎng)度相等于不相等又可分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式。等長(zhǎng)雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動(dòng)時(shí)，可以保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，故已很少使用，多為不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架所取代。不等長(zhǎng)雙橫臂懸架在其車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定行，已為中、高級(jí)轎車的前懸架所廣泛采用。 當(dāng)上下橫臂長(zhǎng)度之比為時(shí)車輪平面傾角應(yīng)不大于。圖2.2為不等長(zhǎng)雙橫臂前獨(dú)立懸架的兩種典型結(jié)構(gòu)圖[4]。 1，6-下擺臂及上擺臂；2,5-球頭銷；3-半軸等速萬(wàn)向節(jié)；4-立柱；7，8-緩沖塊 （a）無(wú)主銷前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的雙橫臂懸架 1，2-上、下擺臂；3-立柱；4-球頭銷；5-扭桿彈簧；6-橫向穩(wěn)定桿；7-扭桿扭轉(zhuǎn)裝置 （b）無(wú)主銷不等長(zhǎng)雙橫臂前獨(dú)立懸架 圖2.2 懸架圖 雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過(guò)合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 為了隔離振動(dòng)和噪聲并補(bǔ)償空間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于上、下橫臂擺動(dòng)軸線相交帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)干涉，在個(gè)鉸接點(diǎn)處一般采用橡膠支承。顯然，各點(diǎn)處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車輪的導(dǎo)向和定位也就越精確。分析表明，為了減小鉸接點(diǎn)處的作用力，應(yīng)盡量增大上、下橫臂間的垂直距離。當(dāng)然，上下橫臂各鉸接點(diǎn)位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運(yùn)動(dòng)特性是否合適。 雙橫臂懸架可以采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭桿彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最為常見(jiàn)的為螺旋彈簧。 雙橫臂懸架一般用作轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的請(qǐng)懸架或要求通過(guò)性的越野汽車的前、后懸架上圖為雙橫臂懸架用于非驅(qū)動(dòng)橋前懸架的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)雙橫臂懸架用于前驅(qū)動(dòng)橋的懸架時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)給擺動(dòng)半軸留出位置。一種辦法時(shí)將彈簧置于上控制臂上方如圖2.3，這樣做的缺點(diǎn)在于減少了上、下橫臂之間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動(dòng)直接傳給車身前端。另一種做法時(shí)采用專門的叉形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出空間。如圖2.4所示[4]。 圖2.3 將減振器至于上控制臂上懸架圖 圖2.4 帶叉形件的懸架安裝圖 結(jié)合上面所述，本次設(shè)計(jì)初步選擇運(yùn)用于前驅(qū)動(dòng)橋上獨(dú)立雙橫懸架，其結(jié)構(gòu)形式選擇采用專門的叉形構(gòu)件為半軸留出空間。 2.3、本章小結(jié) 本章對(duì)懸架的基本分類做了一個(gè)簡(jiǎn)單闡述，對(duì)獨(dú)立雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，對(duì)獨(dú)立雙橫臂懸架的總體布置形式做了初步的說(shuō)明，給出了驅(qū)動(dòng)橋和非驅(qū)動(dòng)橋雙橫臂懸架的幾種典型的布置形式，并初步選擇完了懸架的類型及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式。 第3章 獨(dú)立雙橫臂懸架設(shè)計(jì) 3.1、設(shè)計(jì)主要依據(jù)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)主要是第一屆中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽的相關(guān)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的，其具體參數(shù)如表3.1。 表3-1 設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 名稱 數(shù)值 單位 車長(zhǎng) 2900 mm 車寬 1500 mm 車高 1200 mm 軸距 1680 mm 前輪距 1300 mm 后輪距 1280 mm 離地間隙 40 mm 前后載荷比 46:54 整車整備質(zhì)量 280 Kg 總質(zhì)量 360 Kg 3.1.2、影響平順性的參數(shù) 前后載荷比46:54 汽車的偏頻的計(jì)算公式如下： （3.1） 其中g(shù)為重力加速度其值取g=9.8 ,、為前懸架剛度，、為前后懸架的簧載質(zhì)量[4]。 由于賽車比較注重速度，對(duì)舒適性要求不要，所以偏頻n=2Hz （1）靜撓度計(jì)算 （3.2） （3.3） （2）動(dòng)撓度計(jì)算 懸架動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3）時(shí)，車輪中心相對(duì)車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。取 =70 大賽規(guī)定懸架行程不小于50.8mm，所以與之和應(yīng)不小于50.8。 （3.4） 所以滿足要求。 3.1.3、簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 該車整車整備質(zhì)量為280，因此最大總質(zhì)量為M=280+80=360。 根據(jù)劉惟信版汽車設(shè)計(jì)（表3.2）可知簧載質(zhì)量占總質(zhì)量的82%，非簧載質(zhì)量占18% [4]。因此簧載質(zhì)量=360╳82%=295.2kg。由于前后懸架載荷比46:54得=135.8kg非簧載質(zhì)量 =360╳18%=64.8kg得到前輪單個(gè)車輪的非簧載質(zhì)量為15。 3.2、螺旋彈簧設(shè)計(jì) 3.2.1、螺旋彈簧類型的選擇 采用了車輛中普遍使用的螺旋彈簧。將彈簧與阻尼元件隱藏在車身中，利用推拉桿和搖臂盤的組合，達(dá)到外置式懸架同樣的效果。真實(shí)比賽中，由于天氣、溫度、賽道形式等因素，需要通過(guò)不同的懸架參數(shù)設(shè)定來(lái)確保賽車的表現(xiàn)，通過(guò)獨(dú)特的機(jī)構(gòu)，可以方便地改變懸架參數(shù)，達(dá)到比賽需要。 由于賽車高速中受到的沖擊是巨大的，如果彈簧剛度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致懸架特性 過(guò)硬，在設(shè)計(jì)方案中可以采用較小剛度的彈簧，或者利用搖臂盤的聯(lián)接點(diǎn)比例關(guān) 系來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的最大工作載荷。取一個(gè)比較小的彈簧最大工作，最大變形量為50mm。 圖3.1 彈簧結(jié)構(gòu)圖 表3.2 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比例關(guān)系 懸架類型 雙橫臂，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器 13% 87% 6.7 14.9% DE Dion橋，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器 15% 85% 5.7 17.6% 雙橫臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% 縱臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% DE Dion橋，螺旋彈簧 20% 80% 4.0 25% 整體剛性橋，導(dǎo)向桿系，螺旋彈簧 22% 78% 3.5 28.2% 整體剛性橋，鋼板彈簧 26% 74% 2.8 35.1% 3.2.2、彈簧的關(guān)計(jì)算 （1）選材料，確定許用應(yīng)力 根據(jù)彈簧所受載荷特性，選用C 級(jí)油淬火回火硅錳彈簧鋼絲（60si2MnA），可知=（0.4-0.47）；與d 有關(guān)， 初選d=8mm，查機(jī)械手冊(cè)得： =1618 ， =（0.4-0.47） =647.2-760.46， 取 （2）初選旋繞比 表3-3旋繞比的推薦值 d 0.2-0.4 0.5-1 1.5-2.2 2.5-6 7-16 18-50 C 7-4 5-12 5-10 4-9 4-8 4-6 初選C=7 （3）求出曲度系數(shù)K （3.5） （3.6） 由此可知，當(dāng)d=8mm時(shí)的初算值不滿足強(qiáng)度要求條件，應(yīng)重新計(jì)算，為了得到合適的組合，取d=10mm，對(duì)應(yīng)=730；C=6。 則求出K： 符合強(qiáng)度要求 （4）彈簧外徑 （3.7） （5）有效線圈 （3.8） 取=6 兩端各取一圈支承圈，則彈簧的總?cè)?shù)為8 （6）完全并緊高 （3.9） （3.10） （7）設(shè)計(jì)、 （3.11） 初步選擇， （8）確定， （9）計(jì)算、、和 為彈簧完全并緊時(shí)的載荷，為工作壓縮極限位置時(shí)的載荷，，為臺(tái)架試驗(yàn)伸張、壓縮極限位置對(duì)應(yīng)的載荷。 （3.12） （3.13） （3.14） （3.15） （10）計(jì)算剪切應(yīng)力 ， （3.16） （3.17） （3.18） （11）校核 所以強(qiáng)度符合要求。 （12）壽命計(jì)算 （3.19） （3.20） （3.21） （13）彈簧自由高和最小工作高度 （3.22） （14）穩(wěn)定性校核 當(dāng)彈簧的自由高與中徑之比小于2.5時(shí)彈簧就穩(wěn)定，否則彈簧就不穩(wěn)定[15]。 （3.23） 所以彈簧穩(wěn)定。 3.3、減振器設(shè)計(jì) 3.3.1、減振器及其形式的選擇 減振器主要用來(lái)抑制彈簧吸震后反彈時(shí)的震蕩及來(lái)自路面的沖擊。在經(jīng)過(guò)不平路面時(shí)，雖然吸震彈簧可以過(guò)濾路面的震動(dòng)，但彈簧自身還會(huì)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而減震器就是用來(lái)抑制這種彈簧跳躍的。減震器太軟，車身就會(huì)上下跳躍，減震器太硬就會(huì)帶來(lái)太大的阻力，妨礙彈簧正常工作。 懸架用得最多的減震器是內(nèi)部充有液體的液力式減震器。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減震器的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行，這把這種減震器稱為單向作用式減震器；反之稱為雙向作用式減震器。本設(shè)計(jì)選用雙向作用式減震器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減震器分為搖臂式和筒式兩種筒式減震器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。本設(shè)計(jì)選用充氣減震器 3.3.2、相對(duì)阻尼系數(shù) 式中為阻力，為減振器阻尼系數(shù)。 圖3.2 減振器的阻力-位移特性與阻力-速度特性 （式中c為懸架剛度，為簧載質(zhì)量） （3.24） 由式3.24可知減振器的阻尼力作用在不同剛度c和簧載質(zhì)量式會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果，值大，振動(dòng)能衰減的快，同時(shí)也會(huì)將較大的路面沖擊傳到車身。值小則相反，振動(dòng)衰減的比較慢，但是傳到車身的沖擊也較小。因此通常取減振器的壓縮行程的值取小些，伸張行程時(shí)的取的大些。并保持=（0.25～0.50）的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)取與的平均值，的范圍時(shí)0.25～0.35。 初取=0.30。 3.3.3、減振器阻尼系數(shù)的確定 （3.25） （3.26） （3.27） 3.3.4、最大卸荷力的確定 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開(kāi)卸荷閥，此時(shí)活塞的速度為卸荷速度。 （一般為～，A為車身振幅，取，為懸架固有頻率） （3.28） （3.29） 3.3.5、減振器尺寸的確定 由于減振器有尺寸系列所以只要算出工作缸直徑就可以按照標(biāo)準(zhǔn)選擇。 (為工作缸最大允用壓力一般取 3～4 ， 為連桿與缸筒直徑之比，雙筒式一般取0.4～0.5。取) （3.30） 取。 貯油筒直徑取壁厚為,材料為20鋼。 工作缸行程 ，有效行程， 減振器總長(zhǎng)。 3.4、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4.1、側(cè)傾中心及橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由圖3.3所示方式得出。 圖3.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定 初選；；；；已知 可計(jì)算出側(cè)傾中心高度： （3.31） 式中 ： （3.32） 所以側(cè)傾中心高度符合在獨(dú)立懸架中側(cè)傾中心高度前懸架0120mm的要求。 3.4. 2、縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律是：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧壓縮時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng)時(shí)因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生的防止制動(dòng)前俯的力矩。 縱向平面內(nèi)上、下橫臂有六種布置方案，如圖3.4所示。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 圖3.4 縱向平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 第1、2、6方案主銷后傾角的變化規(guī)律比較好，在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中被廣泛采用，這里我初選第2種方案,所以。 3.4.3、水平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 水平面的布置方案有三種，如圖3.6所示。 （a） （b） （c） 圖3.6 水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案 初取 。 3.4.4、上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 汽車懸架設(shè)計(jì)時(shí)，希望輪距變化更小，以減少輪胎磨損，提高其使用生命，因此應(yīng)選擇上、下橫臂長(zhǎng)度之比在0.6附近；為保證汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化更小，這時(shí)應(yīng)選擇上、下橫臂長(zhǎng)度之比在1.0附近。根據(jù)我國(guó)乘用車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)取上、下橫臂長(zhǎng)度之比為0.7為宜。因此本設(shè)計(jì)初選尺寸下擺臂長(zhǎng)度，，即上擺臂長(zhǎng)度。 3.5、 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 由于為了提高汽車的行駛平順性，從而降低了汽車的固有頻率，導(dǎo)致懸架的垂直剛度減小，側(cè)傾角剛度值很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的穩(wěn)定性，為此大多數(shù)汽車都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大汽車的側(cè)傾角剛度。穩(wěn)定桿的安裝因車而異。 3.5.1、穩(wěn)定桿直徑計(jì)算 由公式 （3.33） 式中為角剛度，為材料彈性模量，取，為穩(wěn)定桿的截面慣性矩, , 為穩(wěn)定桿兩端間的距離其余變量如下圖所示[8]。穩(wěn)定桿材料為60Si2Mn。 由此可知當(dāng)穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)確定后，懸架的側(cè)傾角剛度給定后就可以初步估算處穩(wěn)定桿的直徑。 、由于輪距為1300，所以初步選取, , , （3.34） 懸架側(cè)傾角剛度的計(jì)算： （為輪距，為線形剛度） 由于現(xiàn)行剛度計(jì)算牽涉到獨(dú)立懸架具體機(jī)構(gòu)，因此，而此公式只適合小側(cè)傾角，而且在分析過(guò)程中沒(méi)有考慮導(dǎo)向機(jī)構(gòu)系中鉸接點(diǎn)處彈性套的影響。取，則 （3.35） 取。 圖3.7穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)尺寸圖 3.5.2、穩(wěn)定桿校核 穩(wěn)定桿處的半徑取。 （1）穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為端點(diǎn)處的作用力， =。 （3.36） （2）彎曲應(yīng)力 截面在彎矩的作用下產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。 （3.37） 綜上所述穩(wěn)定桿的強(qiáng)度和剛度都滿足要求。 3.6、緩沖塊 為了防止懸架被“擊穿”所造成的撞擊，在車輪上跳到一定行程時(shí)，與主彈性元件（如螺旋彈簧）并聯(lián)一個(gè)非線性程度很強(qiáng)的彈性元件，這就是緩沖塊。用它來(lái)限制懸架行程，以吸收從車輪傳到車身上的沖擊載荷 由于方程式賽車的減震器是安裝在車身上的，所以緩沖塊裝在下橫臂安裝推桿的支承座上來(lái)限制 車輪的跳動(dòng)為上下50mm，當(dāng)車輪運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，下橫臂與水平面的夾角為 （3.38） 下橫臂的運(yùn)動(dòng)夾角的范圍-7.6°到7.6° 通過(guò)計(jì)算可知當(dāng)下橫臂運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)推桿與水平的夾角為42°和56° 緩沖塊的基本尺寸3.8如圖 圖3.8緩沖塊的尺寸圖 3.7、有限元分析 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)主要零部件進(jìn)行有限元分析，包括上橫臂和下橫臂零件。在分析中為了便于網(wǎng)格劃分，我們忽略了一些對(duì)整體受力分析影響很小的特征。下面來(lái)進(jìn)行具體的操作及結(jié)果的分析。 在ADAMS中測(cè)量出上下橫臂與主銷之間的加速度如圖3.8,3.9。 圖3.8 上橫臂的加速度 圖3.9 下橫臂的加速度 通過(guò) 得到：上橫臂受到的力 下橫臂受到的力 能得到上下橫臂彎矩圖，如圖3.10，3.11 圖3.10上橫臂彎矩圖 圖3.11 下橫臂彎矩圖 計(jì)無(wú)縫鋼管強(qiáng)度 許用 上橫臂： （3.39） 下橫臂： （3.40） 在ANSYS先定義屬性，單元屬性主要包括：?jiǎn)卧愋?、?shí)常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實(shí)常數(shù)包括：厚度、橫截面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性主要包括：彈性模量、泊松比以及材料密度等；網(wǎng)格劃分：本設(shè)計(jì)中主要采用自由網(wǎng)格劃分，模型自由劃分可采用以下途徑劃分網(wǎng)格Meshing/MeshTool選中Smart Size復(fù)選框，將精度設(shè)置為4，單擊Mesh/Pick All；施加約束及載荷：在橫臂的有二個(gè)插頭的一段固定，另一端施加載荷，最后就是看結(jié)果了。 上橫臂: 總變形如圖3.12所示。 圖3.12總位移變形圖 下面是X Y Z方向位移及總變形量云圖。 圖3.13 X方向變形云圖 圖3.14Y方向變形云圖 圖3.15 Z方向變形云圖 圖3.16 總變形云圖 變形量分析：從圖中可以看出XYZ方向的變形量都是在小數(shù)點(diǎn)后五位。變形量非常小，充分滿足剛度要求。 應(yīng)力結(jié)果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX(X方向應(yīng)力)、SY（Y方向應(yīng)力）、SZ（Z方向應(yīng)力）、SEQV（綜合應(yīng)力）。如下圖所示； 應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。X方向最大應(yīng)力為3042Pa，Y方向最大應(yīng)力18849Pa，Z方向最大應(yīng)力為6457Pa，綜合應(yīng)力最大值為26231Pa。無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均小于材料的需用應(yīng)力[σ]=900MPa，充分滿足強(qiáng)度要求。 圖3.17 X方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.18 Y方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.19 Z方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.20 綜合應(yīng)力狀況云圖 下橫臂：總變形如圖3.12所示。 圖3.21總位移變形圖 下面是X Y Z方向位移及總變形量云圖。 圖3.22X方向變形云圖 圖3.23Y方向變形云圖 圖3.24 Z方向變形云圖 圖3.25 總變形云圖 變形量分析：從圖中可以看出XYZ方向的變形量都是在小數(shù)點(diǎn)后五位。變形量非常小，充分滿足剛度要求。 應(yīng)力結(jié)果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX(X方向應(yīng)力)、SY（Y方向應(yīng)力）、SZ（Z方向應(yīng)力）、SEQV（綜合應(yīng)力）。如下圖所示； 應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。X方向最大應(yīng)力為3513Pa，Y方向最大應(yīng)力12220Pa，Z方向最大應(yīng)力為6477Pa，綜合應(yīng)力最大值為26231Pa。無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均小于材料的需用應(yīng)力[σ]=900MPa，充分滿足強(qiáng)度要求。 圖3.26 X方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.27 Y方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.28 Z方向應(yīng)力狀況云圖 圖3.29 綜合應(yīng)力狀況云圖 3.8、本章小結(jié) 本章介紹了懸架的基本尺寸的確定，螺旋彈簧的設(shè)計(jì)，減振器相關(guān)參數(shù)的確定，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中各參數(shù)的確定，上、下橫臂的結(jié)構(gòu)形式的確定，并且確定其基本尺寸初步 計(jì)算了穩(wěn)定桿的直徑和長(zhǎng)度，并進(jìn)行校核，設(shè)計(jì)緩沖塊的尺寸，并進(jìn)行有限元分析。 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 機(jī)械也稱機(jī)械系統(tǒng)，它是由可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的剛體通過(guò)運(yùn)動(dòng)副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。汽車就是一種典型的機(jī)械系統(tǒng)，在汽車機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析中，前懸架占有重要的地位。本章將應(yīng)用ADAMS軟件，建立并模擬計(jì)算汽車前懸架模型。 當(dāng)建立懸架的模型前，為了建模和分析的方便，需要作以下幾個(gè)假設(shè)： （1）各運(yùn)動(dòng)副均為剛性連接，且內(nèi)部間隙和摩擦力忽略不計(jì)； （2）擺臂軸和懸架端與車身連接處球銷的橡膠襯套是剛性的； （3）轉(zhuǎn)向拉桿與中間拉桿的球連接用萬(wàn)向節(jié)表示，這就取消了拉桿繞它的縱向軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； （4）輪胎為剛性的； （5）懸架上下緩和塊可簡(jiǎn)化為線性彈簧和阻尼； （6）僅研究懸架特性時(shí)，車身相對(duì)地面假設(shè)不動(dòng)； （7）為模擬地面不平引起的激勵(lì)，假想它與輪胎直接接觸，與地面之間通過(guò)移動(dòng)副相連，可垂直地上下運(yùn)動(dòng)[12]。 4.1、仿真軟件ADAMS的介紹 4.1.1、ADAMS的簡(jiǎn)介 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS是世界上應(yīng)用廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件。它是有美國(guó)學(xué)者蔡斯等人利用多剛體動(dòng)力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)剛體質(zhì)心在慣性參考系中的三個(gè)直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計(jì)算程序。ADAMS軟件應(yīng)用了解決剛性積分問(wèn)題的方法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計(jì)算效率。 用戶利用ADAMS軟件可以建立和測(cè)試虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上仿真分析復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能。目前ADAMS軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型。該模型可以是在ADAMS軟件中直接建造的簡(jiǎn)化幾何模型，也可以是從其他CAD軟件中轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運(yùn)動(dòng)激勵(lì)；最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，得到實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)仿真[13]。 ADAMS軟件采用模擬樣機(jī)技術(shù)，將多體動(dòng)力學(xué)的建模方法與大位移及非線性分析求解功能相結(jié)合。 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS使用交互式圖形環(huán)境和部件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，用堆積木式方法建立三維機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)化模型并通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能的仿真分析和比較來(lái)研究“虛擬樣機(jī)”可供選擇的設(shè)計(jì)方案。ADAMS仿真可用于估計(jì)機(jī)械系統(tǒng)性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的載荷輸入。ADAMS的核心仿真軟件包有交互式圖形環(huán)境ADAMS/View和仿真求解器ADAMS/Solver。還有建模用集成用、顯示用、擴(kuò)展模塊。 ADAMS軟件包括3個(gè)最基本的解題程序模塊：ADAMS/View（基本環(huán)境）、ADAMS/Solver（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后處理）。另外還有一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用的附加程序模塊，例如：ADAMS/Car（轎車模塊）、ADAMS/Rail（機(jī)車模塊）、ADAMS/Driver（駕駛員模塊）、ADAMS/Tire（輪胎模塊）、ADAMS/Linear（線性模塊）、ADAMS/Flex（柔性模塊）、 ADAMS/Control（控制模塊）、 ADAMS/FEA （有限元模塊）、 ADAMS/Hydraulics（液壓模塊）、 ADAMS/Exchange（接口模塊）、 Mechanism/Fro（與Pro/Engineer的接口模塊）、ADAMS/Animation（高速動(dòng)畫模塊）等。下面介紹一下ADAMS/View軟件的基本模塊[12]。 ADAMS/View（基本環(huán)境）是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù)，將便捷的圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建立模型、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、曲線圖處理、仿真結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。 4.1.2、ADAMS軟件的優(yōu)點(diǎn) ADAMS軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師通過(guò)應(yīng)用ADAMS軟件會(huì)收到明顯效果： （1）分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)天； （2）降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用； （3）在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案； （4）在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量； （5）進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析； （6）縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。 傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過(guò)程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本較高周期長(zhǎng)。運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS進(jìn)行仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品[7]。 4.2、懸架建模關(guān)鍵點(diǎn)的確定 懸架的簡(jiǎn)化模型如4.1圖。 圖4.1 懸架簡(jiǎn)化圖 懸架簡(jiǎn)化后各點(diǎn)的空間位置如圖4.1所示選擇下橫臂與主銷連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)即 取上橫臂的長(zhǎng)度用DV_4表示，下橫臂的長(zhǎng)度用DV_7表示，主銷長(zhǎng)度用DV_1表示，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)為，主銷后傾角為,下橫臂斜置角，上橫臂斜置角，前輪前束因此各關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)為： 表4.1 關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)表 X Y Z LCA_outer 0 0 0 LCA_inner 360 0 0 UCA_outer 21.78 248.90 -8.69 UCA_inner 268.94 205.03 -30.95 Tie_rod_outer 350 124.5 -105 Tie_rod_inner 30 124.5 -110 Knuckle_outer -140 124.5 -4.5 Knuckle_inner 11 124.5 -4.5 為了方便下一步的建模把這些關(guān)鍵點(diǎn)裂成表格形式如表4.1 4.3、在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 4.3.1、建模 （1）創(chuàng)建新模型 首先啟動(dòng)ADAMS/View。在歡迎對(duì)話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model Name）欄中輸入“susp”，其它選項(xiàng)欄中選擇系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，按“OK”。 （2）設(shè)置工作環(huán)境 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Units）命令，將模型的長(zhǎng)度單位、質(zhì)量單位、力的單位、時(shí)間單位、角度單位和頻率單位分別設(shè)置為毫米、千克、牛頓、秒、度和赫茲（如圖4.2所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Working Grid）命令，將網(wǎng)格X方向和Y方向的大小分別設(shè)置為750和800，將網(wǎng)格的間距設(shè)置為50（如圖4.3所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Gravity）命令，將重力方向設(shè)置為沿Y軸負(fù)方向，大小為-9806.65（如圖4.4所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Icons）命令，將圖標(biāo)大小設(shè)置為50[7]。 （3）創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)圖 圖4.2 單位設(shè)置窗口 點(diǎn)擊ADAMS/View中零件