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FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析.doc

FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析【独家课程毕业设计含5张CAD图纸+带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】

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FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸+带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】-clsj16

FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析

摘要：本毕业设计对FSAE赛车后悬架的结构及特点进行比较，综合比对选取适合的后悬架类型；我们最后决定FSAE赛车的后悬架选用多连杆结构。根据赛车参数，进行了大量的计算，根据数据确立了后悬架的尺寸，材料，以及悬架部件的选取以及参数，然后利用 proe 建立 FSAE 赛车后悬架的三维机构仿真模型；在建立三维模型的过程中，根据坐标来建立三维模型，这样的精度高。将三维模型导入有限元软件ANSYS 中，进行静力学计算，以及动态分析，对后悬架下控制臂的0.5g加速工况，0.95g转弯工况的应变和应力进行分析，最后证实了设计满足要求，且存在安全富裕度。然后进行共振分析，分别选取了五种状态下的振型与固有频率进行比较，来判断下控制臂的结构和材料是否满足设计要求，经过比较得出了下控制臂满足设计要求。

    关键词：FSAE赛车；悬架；校核；有限元

Lightweight Design Light Truck Chassis

Abstract:After the graduation design of FSAE car suspension structure and characteristics of comparison, choose the right rear suspension structure types; The FSAE car suspension parameter calculation,then The FSAE car rear suspension was established based on CATIA 3 d model; Establishment of ADAMS/Car suspension and a simulation model of virtual simulation analysis was carried out on the rear suspension of variation is larger suspension parameters optimization using ADAMS/Insight module; The CATIA model into ANSYS, the static calculation, the suspension column under static, steering and braking conditions of strain and stress were analyzed, and to determine whether a column structure and materials meet the design requirements.Under the environment of ADAMS/Car,Control arm to the traditional process of casting or forging, using the casting and forging can not only save costs, and can lay a foundation for parts of the whole control arm design. In addition, the control arm parts are large stamping equipment, although it into during increased manufacturing difficulty, but it makes a connection with the interchangeability, and the loss of castings and forgings connection part after school as soon as possible to replace the entire assembly. This paper discusses the control arm is made of steel plate stamping forming process, and established the virtual simulation model of automobile suspended frame suspension dynamic simulation analysis. Through the finite element software ANSYS finite element theory and method to create the finite element model, 0.5 g acceleration condition, 0.95 g to jump condition on the working condition and 3.5 g. Stress and strain analysis.

  Key words: finite element method (fem); The frame; Lightweight; check

目    录

摘要 I

Abstract II

目    录 III

1 绪论 1

1.1 国内研究现状 1

1.2 国外研究现状 3

1.3 本章小结 3

2 FSAE后悬架的建立 4

2.1 FSAE赛车悬架的选择 4

2.2 后悬架参数设计 5

2.2.1 后悬架固有频率的选择 6

2.2.2 四轮定位参数 6

2.2.3 FSAE赛车悬架刚度计算 7

2.3 本章小结 10

3 对FSAE的后悬架进行三维建模 11

3.1 悬架运动学特性分析 13

3.2 本章小结 16

4 控制臂有限元分析 17

4.1 有限元法的介绍 17

4.2 控制臂有限元模型建立 17

4.2.1 几何模型 17

4.2.2 网格划分及网格质量控制 18

4.2.3 材料属性定义 19

4.2.4 惯性释放及模型的约束与加载 19

4.3 典型极限工况控制臂结构有限元分析 20

4.3.1 0.5g加速工况 20

4.3.2 0.95g转向工况 21

4.4 共振分析 22

4.5 本章小结 25

5 结论 26

参  考  文  献 28

致    谢 30

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FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析中期报告.doc

FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析任务书.doc

FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析开题报告.doc

FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析答辩PPT.ppt

后悬上控制臂A3.dwg

后悬下控制臂A3.dwg

后悬架上下叉臂装配图A1.dwg

后悬架装配图A0.dwg

摇臂A3.dwg

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内容简介：
I 动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析 摘要 ： 本 毕业 设 计对 车后悬架的结构及特点进行比较，综合比对选取适合的后悬架类型；我们最后决定 车的后悬架选用多连杆结构。根据赛车参数，进行了大量的计算，根据数据确立了后悬架的尺寸，材料，以及悬架部件的选取以及参数，然后利用 立 车后悬架的三维机构仿真模型；在建立三维模型的过程中，根据坐标来建立三维模型，这样的精度高。将三维模型导入有限元软件 ，进行静力学计算，以及动态分析，对后悬架下控制臂的 弯工况的应变和应力进行分析，最后证实了设计满足要求，且存在安全富裕度。然后进行共振分析，分别选取了五种状态下的振型与固有频率进行比较，来判断下控制臂的结构和材料是否满足设计要求，经过比较得出了下控制臂满足设计要求。 关键词： 车 ； 悬架 ；校核 ； 有限元 of d ar a of on of is of to a to of or a of In it it a of as as to is of of to 0.5 g g to on .5 g. 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 内研究现状 . 1 外研究现状 . 2 章小结 . 3 2 悬架的建立 . 3 . 3 悬架参数设计 . 5 悬架固有频率的选择 . 5 轮定位参数 . 6 . 6 章小结 . 9 3 对 后悬架进行三维建模 . 10 架运动学特性分析 . 13 章小结 . 16 4 控制臂有限元分析 . 16 限元法的介绍 . 16 制臂有限元模型建立 . 17 何模型 . 17 格划分及网格质量控制 . 18 料属性定义 . 18 性释放及模型的约束与加载 . 19 型极限工况控制臂结构有限元分析 . 19 . 19 . 20 振分析 . 22 章小结 . 25 5 结论 . 26 参 考 文 献 . 27 致 谢 . 29 1 1 绪论 在社会上的经济的支持下，为我们大学生提供一个发挥长处的平台，经过有关部门的的大力支持，以及大学生踊跃的参 加，已经在不断地走向成熟。在 15个国家都有涉及，和一个世界上最大的外汇交易商成员 (福汇外汇资本市场有限公司 (K)的密切合作。公司在全球金融部门都有涵盖，是一个最好的资产管理服务。新兴市场的专业知识和丰富的经验使其在十年内迅速增长。福赛斯提供不同层次的投资服务 和产品通过品牌基金和信托。在 2013 年初，新加坡亚洲办事处已经悄然布局在中国大陆。由自愿参加中国高等院校汽车工程或类似专业的大学生 ,老师做指导团队报名参加活动。 赛事的要求；团队通常由 10人来报名参赛， 8到 12个月的时间设计、构建、测试和准备 比赛。与大学相比，来自世界各地的各个团队，竞选团队证明和展示他们的创造能力和工程能力。为了实现我们的目标的，一家制造公司聘请的设计、制造和演示用于评估公司生产项目的原型。所以，汽车务必要在加速、刹车和操作性能上发挥到极致。汽车被要求成本要低，维修要方便，可靠性要好。除此之外，还要考虑到市场销售的因素，车辆不仅仅要求美丽 ,舒适 ,而且也需要有通用的零件部分。制造企业的生产计划是每天生产四辆汽车，并要求询问的原型实际成本不能少于 25000美元 。而我们的的工作人员在工作中面临许多的挑战，就像我们的任务似得，让我们设 计一个在各方面都能行走的汽车。所有设计过程将要与竞争对手一一比较和评估，由于汽车行业的不断创新驱动技 术的发展，纯电动汽车，也将很快在能更好地适应时代发展的需要。第一个 是德国组委会进行了很大的推广纯电动汽车。而且提高大学生的专业工程技术水平的类型为悬架的设计提供了理论依据 1。 内研究现状 从 2000 年以后，中国在悬架方面，取得了突飞猛进的进步。西安交通大学 ，阮教授通过 件对 架进行分析 2， 通过定义参数 ， 对最后生成的 数据进行分析比对 ， 这样最终才确定了悬架模型 。 汽车企业 通过虚拟仿真的应用 ,这样做的好处不单单是能够降低生产成本，更能够减少研发所需要的时间。 如 北京汽车 公司 ， 通过 有限元分析 汽车悬架 。 优化并开发 新型结构，例如北京理工大学 张 利 2 军 索研究三维 橡胶组件 ， 尽管 是属于 方程式， 但 从 悬挂的研究 切入点来说和 一般家用 汽车有很多的相 同 性 ， 利用 块优化悬挂参数 ， 以改善悬架的性能。 清华大学 李 教授 使用 块 对 轮胎定位参数的分析和优化。 中国 从 2010 年开始推行 国内 的 大学 生团队开始 快速发展 ， 通过2013年的情况 来看 ， 比赛 已经扩大到 60 多个团队参与。 五十余所高校 参与其中。通过不断地发展创新，我国悬架的设计已经取得了卓越的成绩 ， 如 :上海交通大学的 边界 处理 ， 整个汽车的制造和测试的细节。湖 北 大学的第一辆车 。 我的设计是在且在设计的过程中利用了相关的软件进行各种各样的模拟，通过对前期的有关的数据的选择，在后续的设计可能达到好的结果。 要解决这些问题 ， 在八零年代 ,研究人员在国外许多勘探进行了悬架运动学的基础上 ， 大量的制造商对汽车悬架运动学特性的应用程序 ， 经过大量的试验 ， 导 致一系列 的相对完整的理论体系。 湖北大学的赛车后悬架。如图 图 后悬架 外研究现状 30年的发展， 场比赛 和由 15个国家 参加的大 3 赛， 和数百个世界顶尖大学的年轻工程师团队参与活动。 013年举行的 国家 有数十个之多 4。 2009美国麻省理工学院对 率先 使用双横臂 的前后 悬架。 采用 推杆 与 立柱 成为一个整体从而阻止下横臂发生应力集中。麻省理工学院的赛车后悬架如图 图 后悬架 章小结 本章对 车的后悬架进行了大量研究，从国内外的研究现状来看，主要是运用 块 进行分析论证，从而缩短研发时间，完成设计，校核强度的设计要求。 2 悬架的建立 车悬架的选择 4 由于有限的赛车空间，并要求操纵的稳定性，处于安全性的考虑 ,外国汽车独立悬架采用较多。普通汽车权衡的是性能和舒适，很少会使用车辆性能的极限，大多数比赛希望利用其最大性能。这就是所谓的赛车设计跟普通汽车的设计有着很大差 别的原因。 悬架 不仅是大学生方程式赛车的一个结构更是起着至关重要的作用 ,其性能就更 为突显出 来了 。我们在设计中，一定要严格按照相关比赛的规章制度要求来做。赛事对悬架 有一些严格的要求 为 :汽车必须 有 减振器悬架系统 ， 此系统 可以完全 被驾驶员 控制 ， 前后车轮的有效冲程至少英寸 ， 可靠的安全座椅 ，技术检查的时候，全部安装在上面的悬挂点一定要求是能看见的，有的直接看见有的打开盖子看见。 赛 车 的 悬架系统大致 与 家庭汽车 相同。 而且还根据司机的要求 ， 调整转向过度或转向不足的状态 ， 也是由于这些原因， 悬架 被 工程师们设置 为可调 的 。 通过不 同的赛事规则制度跟赛车手对其比赛的要求，可以适当的调整改动其所对应的稳态响 应特性。日常生活里的比 赛，大多数赛车悬架一般情况都会设计为不足转向。要求学生 赛车 在转弯速度尽可能快 ,不打滑 ,不仅如此 ,汽车将时间也缩短 ， 进而 加速时间缩短。也试图让汽车尽可能发挥出它的性能。赛车悬架应当具备下列条件 : 1) 简单，快速，被驾驶员轻易控制 ； 2) 无论是纵向还是横向的都能承受很大的力； 3) 质量轻 ； 4) 可以根据路面的要求快速调整； 5) 安全、可靠。 我相信，通过前面的介绍，我们都对后悬架有了一个客观的认识，对他的作用也有一个清晰的认识，他的一般作用就是对车轮的外倾向和前束进行有效的控制 。这样以来不单单表现在转 弯的时候的操作控制 也能兼一定的舒适性 。 在这一点上 考虑 ， 前后连杆的角色定位是固定的车轮总是在一个范围值和螺旋弹簧的冲击 。 可以上下运动的杠杆来吸收振动能量 ， 主要控制臂的工作是协调和控制杆保 持车轮跳 动率 ， 使车架总是处于相对稳定的状态。多连杆悬架 ,像一个锁定机制 ,牢牢固定在半轴的 前端。 因为多连杆悬架类型有三个或更多的连杆 ,连杆的变化将影响到前轮定位参数 ,包括地面空间的每一个环节 ,X,Y,Z 三个方向和轴向变形的六个自由度。 每一个地面点 ,有六个自由度 ,设计多连杆悬挂 ,自由度很大 ,可以根据不同的匹配和校准不同的模型 。 如果 转弯 工况 时，后面的车轮的转动方向正好和前面的 5 车轮（司机所控制的转向车轮）方向不一致，这种情况下 ，前面后面的定位连杆所起的用处就慢慢的显现出来了， 使角度 在 安全的范围之内 。 后轮的前束角被控制在了允许的变化区间中 。 多连杆悬架 相比较其他悬架的优势就在于更加准 确 的 控制车轮与地面接触的角度 ， 使其具有最大的附着力。 8我们在设计的过程中，应该将轮胎与地面的接触面积提高到最大，这样在行车的时候车轮就有较大的抓地力，我们也更容易操控。 通过仔细的查阅有关的资料，我们确定本次设计为多连杆形式的后悬架。 悬 架参数设计 表 车参数 参数名称 数值 赛车长度 /800 赛车高度 /260 轴距 /720 前轮轮距 /240 后轮轮距 /180 赛车质量 / 260 最高车速 /(km/h) 120 悬架固有频率的选择 参考中北大学方程式赛车，设计悬架和簧载质量构成振动系统的固有频率，现代汽车质量的分布系数约为 1，因此 ,前后的振动的车架上没有关系。后悬架的固 6 有频率 N/m） 不同 类型 的汽车的 固有频率 是不 同 的， 固有频率通常设定为 5考虑到 驶员 的 技术水平 。 车固定拥有的频率通常选择相对的降低一点点，经以上计算得出， 本校赛车的后 偏频初定为： 轮定位参数 四轮定位的参数我们需要不断地压制，也减少在运动的过程中轮和转向部件之间的损失 ,并使汽车沿直线行驶的能力和转向的轻便性。它的参数为主销后倾角、主销内倾角、外倾角及前束角 9。 1） 主销后倾角。主销上稍微向后倾斜。如果角度太大 ,即使可以改善线性运动特性，但它会导致转向太沉。 2） 主销内倾角。主销内倾角是指汽车转向节主销轴或独立悬架摆臂球销的中心和球头销下摆臂的铅垂线垂直于车辆纵向对称平面的平面投影的锐角 10。 3） 外倾角。车轮外倾角顾名思义就是是车轮安上去后 ,它朝着外侧倾斜 ,使得轮胎的形状表现出“ 8”字形被称为负外倾角。否则为正外倾。 4） 前束。前轮前束说的是车架所指的方向和前轮水平面所形成的角，也是和前端面对之前减去结尾后在 表 车定位参数取值范围 综合以上内容考虑，外倾角为 主销后倾角为 0，主销内倾角为 0，前束为 0。 车悬架刚度计算 表 参照中北大学赛车数据 定位参数 外倾角 主销内倾角 主销后倾角 前束 后悬架 0 0 0 0 7 1. 总刚度计算 总刚度是指轮胎接地点相对车架或车身单位垂直位移时所受到的垂向力 11。后悬架乘适刚度由式可得； 2. 最大垂直方向力 悬架刚度意思就是汽车在坑坑洼洼的路上行驶的时候，所能够承受的最大垂直方向力 。总的刚度 中包含轮胎和车架的刚度 ， 因此所 算出来的 还需要减去轮胎的刚度，才能成为我们所求的悬架刚度。 见式可得到 : 式中：为轮胎径向刚度。 已知轮胎径向刚度 350000 N /m 5741N/m 3. 弹簧刚度及传递比 弹簧是买过来的，一般情况是给出一个固定不变的来，接着用它来算出传递比，再去设计。 表 弹簧规格 弹簧规格 250 300 350 400 KN/m） 架传递比 是指当悬挂的中心轮和轴向位移的比值 ,减震器弹簧将跳过。根据参数 总质量 (簧载质量(非簧载质量(质心高度(m) 轴距 (m) 轮距 (m) 侧倾中心高度（ m） 轮胎半径 (m) 后悬架 6 720 8 利用悬架跳动时 传动比能把车轮跳动的变化量转变成减震器上的弹簧的运动 ，根据传 递 比公式 1 经以上计算 ， 最终确定代号为 350 的螺旋弹簧 ， 计 算 所的 后传递比为 尼计算 1. 减震器阻尼系数 减震器阻尼 系数的算法公式可以根据下面这个式子计算出来 为阻尼系数。 表 减震器阻尼对平顺性的影响 相对阻尼系数 平顺性 压缩 复原 垂向加速度 悬架动挠度 相对动载荷 中 中 中 中 中 中 中 低 低 低 低 高 中 中 低 低 9 一般状态下，车架低于正常位置时用小的相对阻尼系数 ，车架要是高于正常位置时，我们则应该选取用大的相对阻尼系数 。如果采用小压缩行程阻尼则可以使汽车的震动降到最低 ,同时选择较大的阻尼可以使震动减少。上述表我们可以看到，相对 恰当的复原行程 应该在 间，压缩行程 应该在 间。 经过上述的讨论，最终确立了 车压缩和回弹阻尼相对系数为： = =根据公式，能分别得到后悬架减振器的压缩阻尼系数与回弹阻尼系数 12， 后悬压缩阻尼系数： m/Y 后悬回弹阻尼系数： m/S 2. 横向稳定杆计算 由公式可推出横向稳定杆直径； 4 2223312 4213128 b （ 其中 后轮距 1180步选取 000377mm 8 02 64360 222221 b /300 所以 d= 29章小结本章主要是对 车的后悬架确定 物理尺寸，根据任务书所给出的参数，进行了固有频率的计算，以及四轮定位参数的设计。针对四轮参数，取为， 低 低 10 销内倾角 0，主销后顷角 0，前束 0，然后计算后传递比为 要有横向稳定杆，本设计计算得横向稳定杆的直径为 3 对 后悬架进行三维建模 传统车辆的多连杆悬架结构 优势在于可以过滤掉大部分的震动，和轮胎多余的弹跳 ， 重新调整优化后相比于未优化前，对车轮的控制大大增强 ，让每 一 根连杆 都能发挥出最大性能，以更小的型变量来控制 车轮，从而满足转向机构 刚度和车轮定位参数 的匹配 。 参照 型的建立条件及假设如下 : 1) 车辆底盘及副车架均为刚性体 ； 2) 轮毂、转向横拉杆和各连杆均为刚性体； 11 3) 将悬架中所有结构均视为刚体 图 后悬架装配图 图 后悬架上控制臂 12 图 后悬架下控制臂 用 图 后悬架三维装配图 表 模 型中悬架的部分硬点坐标 硬点名称 初始坐标 mm x y z 上前连杆与副车架连接点 前连杆与转向节连接点 后连杆与副车架连接点 45 后连杆与转向节连接点 0 前连杆与副车架连接点 前连杆与转向节连接点 13 下后连杆与副车架连接点 后连杆与转向 节连接点 后连杆与副车架连接点 0 后连杆与转向节连接点 震器上铰接点 震器下铰接点 前车轮轮心 0 架运动学特性分析 悬架运动学特性方面的仿真试验，电动汽车的一些性能参数见表 2，模型仿真参数，设置仿真步数为 90，车轮上下跳动量为 45 表 车性能参数 参数 名称 数值 赛车长度 /800 赛车高度 /260 轴距 /720 前轮轮距 /240 后轮轮距 /180 赛车质量 / 260 最高车速 /(km/h) 120 运用软件分析，我们在最后可以得到如图 4 图 8所显示的结果 。 图 常生活中的部分车辆，后轮的前束角理想情况下 : 在向 14 上跳动的过程里，其值为 0，即 0 4 / + 50后轮下跳过程中，其值如图所示，且曲线变化呈线性。从上面的图 4 可以得到，该车悬架结构 的前束值为( 0 ) / + 50现出来为零前束或者是弱负前束特征，能够使车辆行驶的直线稳定性和车辆的不足转向的特性得到一定的保障。由此可见，前束角满足设计要求。图 前束角随车轮上下跳动的变化曲线 图 轮在竖直的方向上跳动时后轮之间 的距离的变化率。后轮轮距变化量较为理想的变化特征 : 后轮在上下跳动过程中，轮距变化尽可能的小，我们最后可以得到它所允许的范围为 10 50时由图 5 我们也可以从中看到后轮上下跳动的过程，其值为 100基本符合理想值，因此，我们可以得到一个结论，那就是我们的后轮的距离的变化是满足我们的要求。 图 车轮在竖直的方向上跳动时后轮之间的距离的变化率 15 图 轮外倾角较为理想的变化特征 : 后轮在上跳过程中，后轮外倾角减小，其值变化范围为 ( 2 0 1 5 ) / + 50在下跳过程中，外倾角向正值变化，其值为 1 5 / 50 6 所示的前倾角在上下跳时符合理想状态，因此，满足设计要求。 图 为后轮外 倾角随车轮上下跳动的变化曲线 图 这个倾斜的角度为有一个理想的数值界限，因为这个角度太大的话，会使轮胎的磨损速度极其的快，所以我们一般都是规定在 时，如果角度高了，我们的行车时的方向也受到影响。从图 7中我们可以看到我们的为 37，因此，满足我们的设计要求。 图 主销内倾角随车轮上下跳动的变化曲线 图 销向后倾斜的时候，它所允许的的变化为 :前轮上下跳动过程中，其值变化范围为 0 4。图 8 所 示的主销后倾角为 0 3同样，主销后倾角满足设计要求。 16 图 主销后倾角随车轮上下跳动的变化曲线 章小结 本章建立了三维的后悬架模型，针对建立的模型进行了分析论证，分别对前束，轮距，后轮外倾角，主销内倾角，主销后倾角做了运动仿真，设置仿真步数为 后得出，这些参数均在合理的范围之内变动，因此证明，本设计所建立的三维模型满足设计要求。 4 控制臂有限元分析 限元法的介绍 我们在设计的过程中分析的发法为有限元法，他是当前市面上 一个较好的方法，是学生最好用的平台。很早以前的有限元法是根据数学微分产生并由此发展起来的， 有限元法的 涉及到各个领域各个行业 ， 可用 在任意一个用微分方程阐述的各个物理场中。 基本思想 :需要定义材料的泊松比来求极值解 。由平衡方程推导在实际物理模型用于每一个点 ,创建一个方程组 。 为此 称之为有限元方法 。 有限元分析 方法的建立时基于弹性力学的基础之上的 ， 因此此方法一定符合 弹性力学 中五种 基本假设 。 有限元的理论依据如下 ： 1） 把那些实体的单元划分成一些小网格，之后通过那些划分好的小网格来求的自己想要的数据。这就是有限元的核心 思想 ， 最后将求解的小网格汇整，求出总体应力图。 17 2） 和的近似函数由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数由此可以说 。 两个相邻的地方，节点是相同的， 并将他们看做是解决基本的未知数。所以你可以原始和无限个自由度的场函数问题转化为解决公共节点有限的流动性问题。 3） 应用加权余法或原始模型的等效数学模型 ， 建立微分变分原理的未知量方程和代数方程 ， 原问题的近似解的数值方法。以及解决域几何形状是不规则的 ， 然而 ， 固体结构方程的问题通常是基于整合的对象坐标系统 (拉格朗日坐标系 )， 因此 ,应用有限元方法更合适。 有限元法从它的等效数值积分形式。它是一种常见的方程 ，在此基础上的发展 ， 如搭配法 ， 矩法 等多个 四舍五入的计算方式很多详细并接近的算法 。 相应的解决方法是价值转化为解决功能问题 ,代表方法里兹方法。传统有限元法 (加权残余法和变分法 ， 使得有限元方法解决问题的科学和技术是一个强大的工具 。 制臂有限元模型建立 何模型 控制臂的传统工艺铸造或锻造 ， 使用铸造和锻造不仅可以节约成本 ， 并且可以为整个控制臂的零部件设计打下基础。 此外 ， 控制臂 零部件都是有大型冲压设备冲压制成 ， 虽然 在成产中加大了制造难度 ， 但是它 使 连接部分 具有了互换性 ， 而铸件和锻件连接部分失 校 后尽快替换整个组装。本文所 探讨 的控制臂采用钢冲压成型工艺 ,有限元模型如图 18 图 控制臂 上 图显示 ， 控制臂主要由 四 部分组成 ， 推杆座，球饺接座，安装衬套和推杆。套管内外组装用金属衬套 ,橡胶衬套、连接螺栓、螺母等。考虑到控制拉 杆 装配有一个螺旋弹簧 ， 从而留住 弹簧支座 。部分零件加工成形后 ， 焊接而成 。 会受到来自不同方向的 扭矩 ， 例如侧向的侧向力矩 14。 格划分及网格质量控制 在完成几何清理之后，四边形混合壳单元的各个部分在网格 控制臂和。因为组装的控 制杆 ， 所以考虑 推杆座，球饺接座，安装衬套和推杆 的连接。使用自动网格工具和设置网格大小、网格控制臂后如图所示。 应该尽可能多的增加网格的数量，并且将网格划分成四边形，通过这两个措施，能够很大程度的使网格的质量得到提升，使计算结果尽可能的精确。 本次划分共得到个 40707单元， 44012个节点。 网格划分如下图： 图 网格控制臂 料属性定义 推杆的料厚 松比 。密度；。屈服时的强度： 。拉伸时强度： 。 推杆的材料厚度为 5用优质结 构钢，牌号为 20。材料弹性 19 。泊松比 。密度 。屈服强度 。抗拉强度 。输入材料原始参数；在以前的整理当中对 入其中；之后应用到每一个小网格中。完成网格的材料属性定义14。 性释放及模型的约束与加载 由于橡胶衬套安装在了控制臂与副车架和转向节之间 ,橡胶衬套将会发生六个自由度的弹性形变，例如位移或旋转 ,所以应用固定约束控制臂衬套的地方不能够很准确地反映出约束状况， 为了除去这个问题所带来的困扰，我们采用了惯性释放做法。在对其进行分析的过程中，我们可以假 设整个机构是处于一个静止的状态，节点的六个自由度的约束 (轴承 ),轴承 ,在外来施加力量的情况下先要算出每一个节点在各个方位上的速度变化量， 从而构造一个平衡状态 。 型极限工况控制臂结构有限元分析 将控制臂的三维模型上传到 带的求解器中计算。通过施加约束和载荷，最后可以得到最大形变量图和最大应力图，通过后处理模块，打开云图，查看控制臂的推杆应力分布和变形状况。 速工况 图 速工况推杆等效位移图 20 图 速工况推杆等效应力图 上边两图 分别 是推杆 在 赛车发挥极限性能 加速工况下的等效位移图和等效应力图。 推杆 深处 的 支座， 通过图可以看出推杆 的轴向受力方向与控制臂 之间有一定的角度 ，大的 力 通过支座 施加给 控制臂深冲处， 造成了 深冲处的位移分布 变化由上图所示 呈梯度变化，梯度形状与控制臂 形状基本相同 ，最大位移为 同时，推杆收到了来自轮胎所传递过来的力矩 ， 推杆最深的地方将会收到来自车架传递过来的不同方向的剪切力，因此，此位置的应力相比于其他地方是最大 ， 大小 而在其他位置，推杆所受的 应力较小。此外，在下盖板 的 内 套筒 、外套筒处， 将 会有 一小部分的作用力 ，局部最大应力值分别为 面有的应力基本都比材料的屈服强度 445小。推杆 满足设计要求。 向工况 21 图 向工况 推杆 等效位移图 图 向工况推杆等效应力图 上图是推杆在汽车极限的转向工作下的位移图和应力集中图，由图可以看出 推杆 在深冲处的位移 有图 1 所示 呈纺锤形梯度分布 ， 最大 相变量 为 制臂深冲处与 轮胎的交叉部分 出现 应力集中 ， 大小 为 推杆的其余部分 ， 22 出现 小部分的应力作用 ，局部最大应力值分别为 13636上应力均符合设计要求，同时也低于材料的刚度 445杆设计满足要求。 振分析 共振分析的主要作用就是能够确定设计中所有部件的固有频率和振型，因为只要是机械在运作，就肯定会有动载荷的干扰，如果不进行处理，在行车过程中将会产生共振，引起巨大的噪声，甚至又可能破坏部件的结构强度，最终引发事故，随着社会的发展，我们对汽车的各种的都是有严格的要求，例如在安全、平稳。所以无论从那种角度分析，都应该对部件进行共振分析， 这是现代汽车在走进用户前的一个非常重要的环节。 本文直接采用 行共振分析时，所需要进行的步骤与前边有限元分析相同，我们需要对材料的弹性模量，泊松比，密度做出详细的理解并能够进行详细解释，只要这样严谨做才有可能使得了分析的准确性，满足我们的实际需求。 施加约束时应该按照实际情况进行位移约束，在这里我们采用球铰接处约束 。因此，我们会有在 x,y,是在这里我们只是保留了 图 推杆一阶共振 23 图 推杆二 阶共振 图 推杆三阶共振 24 图 推杆四阶共振 图 推杆五阶共 振 表 汇总 25 共振 频率 型 1 横臂绕一横臂上下摆动 2 横臂总成左右摆动 3 横臂总成上下摆动 4 横臂总成左右扭动 5 横臂总成上下扭动 由于路面而引起车辆共振的频率多在 180推杆的频率在 500上，不会因为路面的因素而使下推杆发生共振现象，因此可以认为，推杆设计满足要求 。 章小结 本章对建立的三维模型进行有限元分析，对在三维软件中建立的实体模型导入到 先定义材料的属性，弹性模量和泊松比，然后对模型进行网格划分，最后施加载荷，分别施加 终发现，最大应力和应变都在合理的范围内，该后悬架不会发生疲劳断裂。为了保证使用过程中的稳定性，进行了共振分析，进行了五种状态下的共振分析，均满足设计要求。 26 5 结论 我们的设计是在 础上进行经一部的衍 生，已中北大学的汽车设计、制造和调试，在 车悬架为研究对象，使用 行设计和建模。同时我们需要所学过的知识进行进一部构架思路，而且我们应该用 我们设计出来的结构，进行真实的分析。通过有限元软件 行了后悬架下控制臂的 速工况， 向工况并且进行了共振分析。进行应力和应变分析。 1) 首先通过计算的方法确定悬架的基本参数，根据参数来进行建模，及装配。 2) 简化模型的基础上 ,根据硬点坐标的三维模型建立了 车后悬架仿真虚拟模型； 3）仿真模型的仿真分析。四轮定位参数分析了悬架系统、轮距曲线平行轮跳动的变化，然后利用 块的一部分 ,优化的参数曲线 ,并进行运动学仿真 ,通过对比我们的设计结果，对悬架改良后，通过模拟我们发现汽车的稳定性得到提升。 4） 建立模型，进行了 速工况， 向工况和共振分析计算。分析了下控制臂在三种工况下的变形以及应力云图，根据变形和应力云图得到大应力 27 及变形量，说明符合设计要求。 本文对悬架设计取得了一定的成果，但是由时间的限制，还存在很 多问题需要进一步细致的分析，对此，以后还可以从以下几个方面开展： 1) 虽说仿真可以对我们设计有效的分析、并是我们的工作周期变短，快速和简单的悬架系统的性能 ,但悬架性能仿真分析工作离不开车辆实验中，需要进一步加强 2) 可以使用位移传感器测量减振器不同的路面行程，为调整提供了理论依据。 3) 由于时间的限制 ,
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本文标题：FSAE电动赛车多连杆式后悬架结构设计与分析【独家课程毕业设计含5张CAD图纸+带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】
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