某型轿车悬架上摆臂结构设计

本科毕业论文（设计）题目：某型轿车悬架上摆臂结构设计姓 名： 教务处制本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： I题目：某型轿车悬架上摆臂结构设计摘 要随着计算机技术的快速发展，有限元分析已成为机械工程设计分析活动中不可缺少的一个重要环节，并成为计算机辅助设计领域的重要拓展方向之一，而有限元分析软件和CAD软件之间的数据转换问题则成为有限元分析软件发展所亟待解决的问题。具有强大建模功能的PROE软件所内嵌的结构分析功能则能很好的解决这个问题。本文主要介绍了P.E结构分析的基本概念和求解思想，并对悬架系统作了简要概述。利用ANSYS 有限元分析软件的求解功能，对轿车上摆臂的强度和刚度进行了结构分析。得到上摆臂在不同载荷作用下的应力分布、变形情况和疲劳工况，并在此基础上对双横臂悬架进行了分析。分析结果为结构设计提供了依据，同时也简化了汽车上摆臂设计过程，提高了设计水平。关键词： 悬架上摆臂；有限元分析；应力；结构的分析。Subject:design of swing arm structure of a carIIAbstractWith the rapid development of the new computing technologies ,Finite Element Analysis has been a necessary part of mechanical engineering design and analysis ,and it also has an extension of the Computer Aided Design.Then,the data transformation between Finite Element Analysis software and CAD software has become an urgent need in the development of FEA software.Unigraphics software,which has the fuction of structural analysis,can solve the problem preferably. The paper mainly introduces the basic conception and analysis idea of P.E structural analysis. Double-wishbone independent suspension will be analyzed and calculated with the method of the finit element analysis for the UG sofeware. Giving out the stress,fatigue and strain figure of the suspension,some numerical results have been obtained which can be used in calculations of stress.The results can be applied to design work of intension. At the same time, it simplifies the design process of suspension and improves the design level.KeyWords：Double-wishbone independent suspension Upper swing arm;Finite element analysis;Stress;structural analysis.目 录1 绪 论 .12 汽车悬架上摆臂 .32.1 上摆臂概述 .32.2 上摆臂的种类和特点 .32.21 独立悬架 .32.22 非独立悬架 .42.23 独立悬架-双横臂独立悬架 .43 proe 软件分析功能介绍 .63.1 proe 概述 .73.2 proe 的 特 点 和 优 势 .73.3 proe 软件的主要模块组成 .84 上摆臂的结构分析过程 .104.1 上摆臂的受力分析 .114.2 悬架-上摆臂建模 .134.3 网格划分图 .174.4 悬架-上摆臂的有限元具体分析 .184.4.1 对上摆臂的分析 .19结 论 .24致 谢 .25参考文献 .2611 绪 论随着计算机技术的迅猛发展以及信息时代的来临，促使人们以往的工作方式和思维方式发生了巨大的改变，因此对产品的设计分析产生了深远的影响，产品设计分析从传统的经验设计和判断进人现代的设计分析。有限元分析就是现代设计分析方法之一，有限元分析在工程领域应用非常广泛。工程设计中的有一项重要工作是用软件分析零件的强度和刚度，分析零部件在固定作用下产生的应力和应变，因此得出零部件是否满足要求，确保设计的可靠性。针对大多数的工程技术问题，对于物体的几何形状相对复杂或者问题的某些特征是非线性的，人求解将十分繁琐。于是借助于计算机得到满足工程要求的数值解成为当代工程学重要要领之一。proe包涵了产业设计中的制造、装配、加工、仿真和分析等范围。期中仿真和分析功能便捷的实现对产品结构的有限元分析。作为一个集计算机辅助设计、制造和工程分析的三维参数化软件，proe的构造 (Structures)设计提供了有限元分析功能。在proe建模应用中完成零部件三维造型后，就可以进去到结构分析和优化分析。双横臂悬架是相对复杂的空间机构，根据上、下横臂的长短差异可分为等长和不等长两种。对于不等长双横臂悬架，合理地选择结构参数和恰当地布置，就可以将轮距和车轮定位参数的初始值及其变化限定在固定范围内，保持良好的行使稳定性，并能使悬架与转向杆系的运动减小干预，不易发生跳摆，因此得到了广泛的应用。双横臂独立悬架上摆臂多用于轿车和轻型客货车的前悬架上，在麦弗逊悬架车来，双横臂独立悬架曾逐渐被麦弗逊悬架所取代，但是进入九十年代以来，随着轿车豪华化和性能高化，用该结构的车种不停增长，在一些对平顺性和操作稳定性要求较高的汽车上，不止前悬架，并且后悬架也使用了双横臂悬架，上摆臂的功能性也是汽车悬架系统中的一部分。本文主要讲诉了在proe构造分析模块中对某商务车前悬架上摆臂的分析。通过对悬架结构受力的简化，先计算出各种工况下情况，并特别考虑了危险的组合工况。在经过proe建模和结构分析模块的处理后，得出了基于proe 的有限元分析结果，结合所给材料的力学性能，做出了对悬架上下摆臂及转向节的分析2评价和改进方案。最后需要说明的是，一般有限元分析的软件我们常用ANSYS做分析，而proe作为一种汽车设计领域的基本软件，其本身的分析功能常为人所忽视，虽然在专业性方面proe不如ANSYS深入，但由于其以设计功能为基础，在许多情况下十分容易操作，而ANSYS 因为在设计建模方面的不够，经常在导入其他建模文件时出错甚至不能正常导入，因此我要不断的尝试用proe的建模功能完成分析过程，从而提高结构分析的效率和质量。2 汽车悬架上摆臂32.1 上摆臂概述悬架是车架（或承载式车身）与车桥（车桥）之间的一切传力连接装配的总称。刚好上摆臂就是悬架结构中的一部分，悬架装置通常由三部分组成：弹性元件、阻尼元件和导向机构。上摆臂是悬架系统中非常重要的部件之一，上摆臂的结构设计也是关系到悬架系统在功能性上能否体现出良好特性的因素之一。因此上摆臂的功能性与结构性是非常重要的。在这次论文设计中主要是上摆臂的结构设计，但是上摆臂是属于悬架系统中的一部分，那么悬架的功能是把路面作用于车轮上的垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向力以及这些反力所造成的力矩都要传达到车架（或承载式车身上） ，以保证汽车的正常行驶。然后上摆臂是悬架的导向和支撑，其变形影响车轮定位，减小行车稳定性。这些功能性都体现出汽车对于上摆臂的需要，上摆臂在整个悬架系统中担当着重要的角色。2.2 上摆臂的种类和特点上摆臂的类型跟特点是按照悬架系统的差异而不同的，那么悬架的类型简单分为,按照汽车导向装配的差异，汽车悬架可分为两大类，独立悬架和非独立悬架。2.21 独立悬架这个独立悬架，是指两侧车轮各自独立地与车架或车身弹性连接，当一侧车轮受到作用时，其运动不会直接影响到另一侧车轮。独立悬架的构造特点是其采取的车桥做成断开的，于是可以是发动机降低安装位置，有利于减小汽车重心，还使结构紧凑。独立悬架允许前轮有较大跳动空间，那么方便选择较软的弹性元件使平顺性获得改善。同时，独立悬架簧载质量小，能提高汽车车轮的地面附着性。42.22 非独立悬架这个构造特点是两侧的车轮由一根一体式车桥相连，车轮连同车桥共同通过弹性悬架与车架或车身连接。当一侧车轮因路面不平发生跳动时，一定引起另一侧车轮在汽车横向平面内摆动，于是称之为非独立悬架。2.23 独立悬架-双横臂独立悬架独立悬架按车轮运动类型分成以下四类：(1) 车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式悬架）(2) 车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架（纵臂式悬架）(3) 车轮沿注销移动的悬架，其中包括：烛式悬架，麦弗逊悬架。(4) 车轮在汽车的斜向平面内摆动的悬架（单斜臂式悬架）。此中横臂式悬架又分为单臂式和双臂式两种. 因为单臂式悬架有较多的缺点，只在车速不高的重型越野汽车上有应用。较常见的双横臂式悬架。本文分析的是独立悬架中的双横臂式独立悬架。下面具体地对双横臂式独立悬架作一概述：双横臂式独立悬架的两个摆臂长度可以相等，也可以不等。在摆臂等长的悬架中，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距却发生了较大的突变。这将增高车轮侧向滑移的可能性。在两摆臂不等长的悬架中，如摆臂长度选择恰当，可以使车轮和主销的角度以及轮距的变化都不太大。不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来顺应，目前轿车的轮胎可允许轮距在每个车轮上保持 45mm 而不致沿路面滑移。这样，不等长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上的应用较为普遍。图 2.1 所示为双横臂独立悬架示意图。图 2.2 为不等长的双横臂螺旋弹簧独立悬架。上摆臂和下摆臂的内端各自通过摆臂轴与车架作铰链连接，两者的外端则分别通过上、下球销与转向节相连。螺旋弹簧的上下端各自通过橡胶垫圈支承于车架横梁上的支承座和下摆臂上的支承盘内。双向作用筒式减振器的上、下两头也各自通过橡胶衬垫与车架和下摆臂上的支承盘相连。5这种悬架中采取球头结构取代主销，属于无主销式，上、下球头销的连心线相等于主销轴线，转向时车轮即围绕该轴线偏转。主销后倾角由移动上摆臂在摆臂轴上的位置来调整，而上摆臂的移动是上摆臂轴的转动来实现的。车轮外倾角是加在上摆臂轴与固定支架间的调整垫片来调节。主销内倾角和车轮外倾角的关系已被转向节的构造所确定，所以调整车轮外倾角之后，主销内倾角也就确定。路面对车轮的垂直力作用顺序是转向节、下球头销、下摆臂和螺旋弹簧传导车架。纵向力、侧向力及其力矩由转向节及导向机构上、下摆臂及上、下球头销来传达。为了可靠地传达纵向力、侧向力及