20122013汽车设计专业课程设计任务书

1、汽车设计专业课程设计任务书双横臂悬架-转的分析与设计(2012.9.14-2012.11.14)双横臂悬架结构示例横臂悬架-转向机构示意图一、问题描述图 1 所示为汽车前轮采用的一种双横臂悬架-转机构示意图（简化），导向机构ABCD 由上横臂 AB、转向主销 BC 和下横臂 CD 及车架 AD。其中，A、D 分别为上、下横臂与车架联接的铰销中心（两铰销轴线均平行于车辆纵向），B、C 分别为转向主销 BC 与上、下横臂联接的球铰中心。在车辆横向垂直平面内，上、下横臂相对水平面的摆角分别用j、y表示，转向主销内倾角用b0 表示。转向传动机构采用由齿轮-齿条转向器驱动的断开式转向梯形机构 GFE E

2、¢F¢G¢（F¢与 F， G¢与 G 对称，未画出）。其中，左轮转向梯形机构 EFG 由齿轮-齿条转向器输出齿条 EE¢、左轮转向横拉杆 EF、左轮转向节臂 FG 及车架。E、E¢分别为转向器齿条上与左右转向横拉杆铰接的球铰中心， F 为左轮转向横拉杆 EF 与左轮转向节臂 FG 铰接的球铰中心，G 为左轮转向节臂 FG 与左轮转向主销 BC 连线的交点，且 FGBC。另外，车轮轴线 KH 与转向主销 BC 交于 H，与车轮中心面交于 J。bBaA转向器齿条EE¢FG HKJb0yDPC(地面)(后视图)L1EL2

3、前E¢FK转向器齿轮Ba0DA后(水平俯视图)B图 1描述悬架 ABCD 导向机构学的机构几何参数主要有：上横臂杆长 AB=h1，转向主销球铰中心距 BC= h2，下横臂杆长 CD=h3，上、下横臂的摆角j、y（横臂向外下倾时，取负值），转向主销内倾角b0。为简便计，不考虑主销后倾角的影响，并假设上、下横臂与车架铰接的轴线均平行于车辆纵向，则图示导向机构 ABCD 的上、下横臂 AB、CD 和转向主销轴线 BC 将始终在过前轮轴线的汽车横向垂直平面内 。在水平面俯视图中，描述 EFG 左轮转向梯形机构学的机构几何参数主要有：2RYL3GJCEE¢=L1，EF= L2，FG=

4、 L3，车架上齿条移动方向线 EE¢与前轮轴线的偏移距 Y（前轮轴线在前方时，取正值），转向节臂 FG 相对于汽车纵向的安装角a0。另外，左右车轮的转向角分别用a、b表示。双横臂悬架系统的弹性元件可采用螺旋弹簧或扭杆弹簧，阻尼元件常用筒式减振器。根据整车结构布置，弹簧和阻尼元件通常安装于下横臂与车架（车身）之间，但也有安装于上横臂与车架（车身）之间的情形。因此，导向机构各构件及各连接铰点的受力大小与方向，与弹簧元件的类型和安装位置密切相关。双横臂悬架-转1 转向梯形机构的的分析与设计主要学设计和机构以：简图绘制；2. 基于 ADAMS 的悬架导向机构前轮定位参数分析及前轮左、右转向角

5、3. 悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和设计计算；4. 悬架导向机构受力分析、零部件结构强度计算及结构方案设计；5. 绘制系统总成结构装配图和部分零部件图（制动钳安装结构从略）。二、本课程设计内容试按上述悬架结构型式，设计某前轮驱动的微型汽车双横臂前悬架-转选择范围如下：验证；，其参数轮距 B=12001400mm，轴距 L=20002500 mm。满载时整车总质量为 m=10001300kg，最高车速 Vmax=140km/h，最大爬坡度 20%，0-100 km/h径 Rmin =40004500mm。前轮轮胎外径为 2R=520mm，轮胎宽度 b=145 mm。时间不超过 14 秒，最小

6、转向半导 向 机 构 几 何 参 数 ： AB=150280mm ， BC=200360mm ， CD=300400mm ，JH=80110mm，BH=90150mm，车辆处于满载平衡位置时，前悬架导向机构位置参数约为a=-58°，y=-2°10°，b0=710°（具体以 ADAMS优化结果为准）。转向机构几何参数： EE¢= L1=50580mm，EF= L2=180500mm，FG= L3=100140mm，Y=-8080mm，BG=80130mm，齿条左右移动行程为 s=±5070 mm。转向节臂安装角a0=175190

7、6;，转向梯形机构的最大角amax=4550°。要求每个同学完成以下课程设计内容：1导向机构和转向梯形机构的学分析与设计（1）在上述参数范围内，初选一组整车参数。比如，轮距 B=1250 mm，轴距 L=2050 mm，单轮簧载质量 W=300 kg，最高车速 Vmax=140km/h，最大爬坡度 20%，最小转向半径 Rmin=4050 mm ；AB=180mm， BC=280mm， CD=340mm，JH=90mm，BH=140mm，BG=110 mm ，a=-2°，y=-3.5°，b0=8°。最大amax=48°。将转向梯形机构 GFE

8、E¢F¢G¢近似看成水平面内的平面连杆机构，根据所选轴距、角（2）轮距、最小转向半径要求、最大角和转向节臂安装角的限制条件，在适当的转向器行程范围内（比如 s=±60 mm），按转向几何学原理，通过优化设计确定转向机构其它几何参数：L1、 L2、 L3、Y 和a0。并绘出左右车轮转向角的理论曲线和实际曲线；（3）（4）按比例画出转向梯形机构简图。在 ADAMS 中建立双横臂悬架导向-转向梯形机构学模型，分析车轮从满载平衡位置上下跳动（比如，±60 mm）时，车轮定位参数前轮外倾角、前束和轮距的变化情况，绘出变化曲线。如果变化偏大，进行机构几何参

9、数调整与优化。2悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和参数计算（5） 根据单轮簧载质量 W 和汽车平顺性要求，确定悬架等效刚度和等效阻尼参数， 并绘制它们随车轮上下跳动时的变化曲线；（6） 按满载平衡位置时的悬架等效刚度和等效阻尼参数，根据实际弹性元件和阻尼元件的安装位置，换算确定弹簧刚度和减振器参数（阻尼系数、拉伸和压缩行程）。3悬架导向机构的受力分析和主要承载构件的结构设计与强度核算（7）考虑动载系数、紧急制动和侧滑等恶劣工况，对悬架导向机构臂进行受力分析，确定各铰接点的受力大小和方向，为导向机构杆件形状和各铰接点的结构设计提供理论依据。根据上述受力分析结果，进行导向系主要承载构件的结构设计和

10、强度验算，选择合理的承载结构、杆件截面形状和铰接形式。结构设计时要灵活运用结构轻（8）量化设计原理，并考虑工艺的可行性。选用悬架球铰时，要确认它的结构是受拉式还是受压式，以使其符合受力分析的特点。上、下横臂与车架间支承铰可采用橡胶弹性铰，以提高悬架的隔振性能。（9）按车轮载荷和全浮式驱动半轴计算转矩（参考“汽车设计”），确定驱动半轴直径及与之相连接的轮毂结构向节结构设计。，并选择合适的轮毂轴承，进行驱动桥转轮毂结构示例DAC 型轮毂轴承双横臂悬架转向驱动桥轮毂结构示例（10） 绘制上述双横臂前悬架导向机构各结构构件（上下横臂、转向节、连接球铰、弹性支承铰、传动轴、轮毂轴承、轮毂、制动盘等）在汽

11、车横向垂直平面内的主装配图（车架结构和制动钳安装结构部分从略）。（11） 手工绘制悬架承载构件总成（如下横臂）的结构图。双横臂悬架总成结构装配图参考示例（某整车企业图）4. 思考题：双横臂悬架-转向机构中，若轮距一定，则齿轮齿条转向器中齿条左右球铰中心距 EE¢的长短对车轮前束变化有什么影响？5. 每个学生应提交的设计成果：（1） 绘制双横臂前悬架系统结构总成装配图一张(1 号图)。装配图中，应对各零部件顺序编号，列出明细表及标题栏，并注明零部件材料、标准件型号和数量等；装配图中，应标注主要轮廓差配合，并编写技术要求。、重要的特征、相互配合的公（2） 手工绘制悬架上、下横臂构件总成图

12、各 1 张。零件图中，标注要完备、链封闭、设计基准尽量与工艺致、形位公差标注（如同轴度、平行度和垂直度）要注意其参考基准的表示；标题栏中零件材料、数量等应完整。注意选用常用的汽车零部件材料和热处理工艺，并给出必要的技术条件。完成的设计计算说明书 1 份,约 40008000 字。（3）可以：课程设计内简介、设计流程、设计理论和的阐述、结构设计方案的说明、公式推导或、计算过程和设计成果的归纳、设计心得等。要注明文献的出处，列出主要参考文献目录。（4） 上述设计成果的学时分配：文件。三、1） 布置任务和设计讲解：46 学时；2） 转向梯形机构几何参数设计：2 学时；3） 悬架系统刚度与阻尼参数设计

13、：2 学时；4） 悬架系统受力分析：4 学时；5） 悬架构件结构方案设计、配件与型材选择、强度与刚度计算：10 学时；6） 装配图设计：24 学时通过绘图，设计零部件结构并选择标准件型号，标注装配图与公差配合，编写技术要求、对零件编号、列出明细表及标题栏，完成装配图；7） 设计主要构件、零件的详细结构，绘制零件图：10 学时8） 编写设计计算说明书：8 学时9） 答辩：2 学时四、考核：根据设计质量及答辩结果，按 5 级分制评定成绩。五、基本设计步骤1 选择导向机构几何参数，注意上下摆臂倾斜方向应保证车体侧倾中心不能太低，可作图进行大致校验；双横臂导向机构布置图，优化设计转向梯形机构几何参数，

14、绘制导向机构-转向2 借助转向梯形机构设计系统机构简图；断开式转向梯形机构优化设计程序3 选择弹性元件、阻尼元件和安装方式；4 按舒适的悬架偏频要求，借助双横臂悬架分析与设计计算，确定悬架系统弹性元件和阻尼元件参数；双横臂悬架静力分析及刚度与阻尼参数计算程序5 借助双横臂悬架分析与设计计算或 ADAMS，进行悬架受力分析：确定车辆车轮最大的外力（矩）载荷，运用法、图解法、分析等，分析悬架处于不同位置时的受力情况（满载时悬架机构各铰点受力变化曲线），确定导向杆系最大受力（矩）情况；6 运用材料力学和机械设计相关强度计算理论，进行导向杆系结构设计和强度验算；（导向杆系的截面形状应兼顾强度设计和轻量

15、化的要求）7 按车轮载荷和全浮式驱动半轴计算转矩，确定驱动半轴直径及与之相连接的轮毂结构，并选择合适的轮毂轴承，进行驱动桥转向节主设计（暂不考虑制动钳安装结构）；注意:ü确定轮毂轴承在驱动桥转向节中的安装方式,并标注轮毂轴承在转向节中正确安装所需的公差配合;ü确定轴承内外圈轴向定位方式。选用弹性档圈限制轴承外圈时，安装档圈的沟槽及公差应从相应的弹性档圈标准中；ü转向节上应有安装转向横拉杆联接球铰的锥孔结构，应明确其位置和（在水平投影面内，其位置参数可参考转向梯形机构转向节臂长 L3 和转向节臂相对于汽车纵向的安装角a0 的优化设计结果）；转向节上应有安装与上下横臂

16、相联接球铰的锥孔结构，并标明相关参数；转向节材料可用铸钢、铸铁或铸铝，应写明材料代号。üü8 绘制悬架系统总成（含转向节及驱动半轴轮毂轴承支承结构、上下横臂及其与车架的弹性支承销结构）二维 CAD 装配图，标注装配图注意：ü 应标注轮毂轴承与转向节之间的公差配合；ü 将上、下摆臂分别支承于车架的弹性铰结构中，有、配合公差和明细表等；与销轴相配合的结构，可采用局部剖视等方式画出，并公差配合也装配图中标明；ü 上、下摆臂分别通过球铰与转向节相联接的锥孔配合结构，也可采用局部剖视方式明示结构；ü 标注导向机构主要几何参数（各铰点中心之间的距离，上下横臂相对水平线的倾角，主销内倾角）；等；，总成装配图上不需要标注各零部件的和公差参数ü 明细表中应标明如螺母、开口销、轴承、弹性挡圈等标准件的标准代号，数量等，以方便实际设计时集中采购；非标准件标明名称、材料、数量等。9 手工绘制悬架主要构件图纸，标注与形位公差、材料和热处理等技术要求。10编写课程设计计算说明书。参考文献主编.汽车设计(第四版).机械工业柿浩三（日）.汽车设计.机械工