汽车设计课程设计-双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计

1、汽车设计过程设计双横臂独立悬架-转向系统双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计汽车设计课程设计102207指导教师：2015年12月目录一.设计任务11.问题说明12.设计内容2二.设计过程51确定和优化整体大小51.1选择和确定总体几何尺寸和基本参数51.2刘涛机构和转向梯形机构的运动学设计51.3转向系统几何参数的确定和优化61.4使用ADAMS软件优化导向机构设计102悬挂弹性元件和阻尼元件结构选择和参数计算152.1结构选择152.2计算参数163悬挂系统的应力分析和主要轴承部件的结构设计203.1刘涛机构的应力分析20三.设计摘要26参考资料26添加整个图纸336389411或3011

2、50582双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计(汽车设计过程设计)一.设计任务1.问题说明图1包括用于汽车前轮的双横臂悬架(转向系统机构图(简化)、导向ABCD包括横臂AB、转向主销BC和下横臂CD和框架AD)。其中，a、d分别是上下交叉臂连接到框架的转枢中心(假定两个转枢轴都平行于车辆法线)，b、c分别是连接到主销BC和上下交叉臂的球铰链中心。在车辆的水平垂直平面中，上下水平臂的转动角度分别显示为，转向主销内部倾斜角度显示为B0。转向齿轮使用由齿轮-机架转向齿轮驱动的分段转向梯形机构gfe EFG(图中省略了f和f，g)。其中，左车轮转向梯形机构EFG由齿轮-机架转向齿轮输出齿条EE、左车轮

3、转向拉杆EF、左车轮转向节FG和车架组成。e、e分别是方向盘和左右转向拉杆铰链铰接的球铰链的中心，f是左车轮转向拉杆EF和左车轮转向节臂FG铰链的中心，g是FG BC，其中左车轮转向节臂FG和左车轮是主销BC连接的交点。此外，车轮轴KH与方向盘的中心面和j相交，转向主销BC和h。abcdefghkep转向机架aB0y(后视图)(地上)b2Rdgbfaee(水平俯视图)k我后胡c转向齿轮jyL1L2L3bjA0图1描述悬挂ABCD导向机构运动的机构几何参数主要指向上臂长度AB=h1、转向主销球铰中心距离BC=H2、下斜交叉吊杆长度CD=h3、上下基岩的摆动角度(胃癌向外倾斜时为负值)、主销内部倾

4、斜B0。假定上下横向臂和框架铰链均平行于车辆法线，而不考虑主鳍背面倾斜的影响，则图标导向机构ABCD的上下横向AB、CD和转向主鳍轴BC始终在通过前轮轴的汽车侧面垂直平面上移动。在水平顶视图中，EFG左轮子转换为梯形机构运动的“机构几何体”参数主要为EE=L1、EF=L2、FG=L3、框架的齿条运动方向线EE 和自前轮轴的偏移y(当轴在前面时为正值)、转向臂FG和汽车的纵向安装角度0。另外，左右车轮的转向角分别用，表示。双横臂独立悬架系统的弹性元件可以使用螺旋弹簧或扭杆弹簧，通常用于鼓减震器。根据车辆结构的放置，弹簧和阻尼元素通常安装在下臂和框架(主体)之间，但有时安装在上臂和框架(主体)之间

5、。因此，导向机构的每个零部件和每个连接铰链的力大小和方向与弹簧零部件的类型和安装位置密切相关。2.设计内容设计前轮驱动微型汽车双横臂悬架-转向系统时，根据上述悬架结构类型，使用以下参数选择范围：轴距B=12001400mm，轴距L=20002500 mm。满载时车辆总质量为m=10001300kg，最大速度Vmax=140km/h，最大爬坡20%，20%前轮轮胎的外径为2R=520mm，轮胎宽度为b=145 mm。导向机构几何图形参数：AB=h1=160到200mm，BC=h2=200到300mm，CD=H3=330到380mm，JH=80到110mm转向机构几何图形参数：EE=L1=50至5

6、80mm；EF=L2=180至500mm；FG=L3=100至140mm；Y=-80至80mm转向节安装角度a0=175190，转向梯形机构的最大压力角度amax=4550。要求每位学生完成以下课程设计内容。1.刘涛机构和转向梯形机构的运动学设计在上述参数范围中，车辆参数集和导向机构几何参数(例如B=1250 mm，L=2050 mm)，单轮弹簧载荷质量W=300 kg，最大速度Vmax=140km/h，最大爬坡20%，最小旋转半径rminH1=180mm、h2=280mm、H3=340mm、JH=90mm、BH=140mm、BG=110 mm、j=2、y=3.5、最大压力角amax=48)。

7、通过将转向梯形机构GFE EFG近似为水平面内的平面连杆机构，根据选定轴距离、旋转距离、最小旋转半径要求、最大压力角度和转向节安装角度的限制条件，在适当的方向盘范围内(例如s=60 mm)，根据仅旋转几何原理，旋转机构的其他几何参数(L1、L2、L3、L3)绘制左右车轮旋转角度关系的理论和实际曲线。按比例绘制上述导向机构和转向梯形机构运动图。添加可选问题(必需):使用三维CAD/CAE软件等工具(例如ADAMS)生成上述刘涛机构和转向梯形机构的机构运动学仿真模型，并通过分析车轮位置参数前轮倾斜、前轮前缘和车轮的变化(如果车轮在完全负载平衡位置上下跳动，例如60 mm)绘制更改曲线。如果变化太大

8、，则进行机构改进设计。悬挂弹性元件和阻尼元件的结构选择和参数计算根据单轮弹簧载荷质量w和车辆平顺性要求，确定悬架的等效刚度和等效阻尼参数，绘制车轮上下跳动过程中变化的曲线。根据实际弹性元素和安装阻尼元素的位置，根据满载平衡位置的悬浮等效刚度和等效阻尼参数转换弹簧刚度和减震器参数(阻尼系数、拉伸和压缩行程)。3.悬架导向机构的应力分析和主要轴承部件的结构设计和强度核算考虑动态载荷系数、费翔制动或费翔旋转制动等不良条件，对悬架导向机构的每个构件进行应力分析，确定每个铰接点的力大小和方向，为导向机构构件形状和每个铰接点的结构设计提供理论依据。基于这些应力分析结果，对导向系统中的每个零部件进行结构设计

9、和强度校核，然后选择适当的轴承结构、构件截面形状和铰链形状。在结构设计中，必须灵活应用轻型结构的设计原理，考虑制造过程的可行性。选择球铰链时，必须确认其结构是否被拉动，或者是否被挤压和使用不当。上下胃癌和框架之间的支撑铰链可以使用橡胶弹性铰链提高悬架的防尘性能。计算车轮负载和全浮驱动半轴的扭矩，确定驱动半轴直径和与其连接的轮毂结构的标注，选取适合驱动轴转向节结构设计的轮毂轴承。绘制上述双横臂悬挂系统组件和主要构件(如上下、转向节、支撑铰链销等)结构设计图。添加多项选择题(不能):完成上述悬挂和转向系统的三维CAD模型(UG或CATIA等)，导入ADAMS环境，检查每个组件的运动干涉情况以及悬架

10、上下跳动的车轮的运动姿势变化。25二.设计过程1确定和优化整体大小1.1选择和确定总体几何尺寸和基本参数根据标题要求选择默认大小参数：集满载质量为m=1000kg，最大速度=140km/h，最大爬坡20%，前轮轮胎宽度为145mm，轮胎半径为260mm，车轮距离B=1300mm，车轮距离L=2500mm，单轮弹簧载荷质量为1.2刘涛机构和转向梯形机构的运动学设计对于引导机构几何参数选择：为了简化设计过程，水平放置上下胃癌，如下图b所示。同时，上底端的暗轴也水平放置在垂直位置，消除主销的后倾角和车轮的前捆和外倾角。因此，仅考虑主销的内部倾斜角。图1双横臂悬架结构在参数范围内，初始选择车辆参数集和

11、导向机构几何体参数。悬挂导向机构的默认参数为上臂AB=200mm、下臂CD=300mm、转向主销BC=350mm、JH=100mm和BH=150mm。对于满载平衡位置，导向机构位置参数为j=5、y=5和b=10。1.3转向系统几何参数的确定与优化1.3.1优化原理图2显示了四轮汽车转向图。当汽车转向时，所有车轮在汽车转向时必须进行滚动，以防止在道路上对汽车施加的额外阻力和轮胎磨损得太快。因此，左、右前轮转向角和必须满足阿克曼转向下学关系。(1)格式中 -内轮转角 -外轮转角B -左右前轮转动到主销轴和地面交点之间的距离L -汽车轴距R -转向半径图2四轮汽车转向图通常是梯形机构引起的近似实现(

12、1)关系。图3是通常带有驱动滑块的分离式转向梯形机构。驱动滑块实际上是机架和小齿轮转向机的机架。也就是说，方向盘的方向盘从齿条方向盘切换到齿条(滑块)的直线运动，使方向盘的梯形机构实现左右前轮旋转。将S设定为转向机架位移(S1SS2)后，左右前轮的转向角度a和易于获得，如下所示：图3转向梯形布局齿条和小齿轮转向传动分离转向梯形机构(2)(3)(4)中间转向机架向左移动将指定左侧转向节和汽车水平轴的内部角度转向机架向左移动将指定右侧转向节臂和汽车水平轴的内部角度前面的情况：L1 -转向机架左右球铰中心距离；L2 -左右拉杆长度；L3 -左右转向节臂长度；Lw -从车轮中心到主销的距离；S1 -转

13、向机架从中心位置向左移动的量(使用正值)。S2 -转向机架从中心位置向右移动的量(负值)。y型转向机架的左右球铰链中心连接和左右转向主销中心连接的偏移。图标位置为正数。相反，采用负值。S0 -齿条左侧球铰中心与左侧转向主销中心的水平距离；0 -转向节臂和汽车纵轴之间的角度。内外前轮的旋转角度为：样式(1)，理想的右侧旋转角度0=tan(5)因此，优化设计目标函数如下=(S1SS2)(6)实际右旋转角度和理想右旋转角度0之间的平方平均偏差N值使用次数值越小，每个拐角处的实际右车轮角越接近理想的右车轮角。也就是说，优化结果更好。转向机构基本参数范围：EE=L1=50至580mm，EF=L2=180

14、至500mm，FG=L3=100至140mm，Y=-80至80mm转向节安装角度a0=180，转向梯形机构的最大压力角度amax=46。1.3.2优化结果根据上述原理，使用转向梯形机构(齿条传动)优化设计程序，优化转向机构部分的参数。参数优化结果：图4转向机构优化软件根据设计准则要求，明显满足。L1=56050，580；L2=375180，500；L3=100100，140；y=2580，80，=45.9446245，50；max=39.1082233.75，38.68， max=34.79055最小旋转半径r=lsin()=2500 sin(39.10822)=4381.5244000，45

15、00；1.3.3转向系统示意图图6转向机构示意图使用1.4 ADAMS软件优化设计导向机构建立1.4.1模型悬挂导向机构的默认参数为上臂AB=200mm、下臂CD=300mm、转向主销BC=350mm、JH=100mm和BH=100mm。对于满载平衡位置，导向机构位置参数为j=5、y=5和b=10。使用3d CAD/CAE软件等工具(例如ADAMS)建立上述导向机构和转向梯形机构的机构运动学模拟模型，并通过分析车轮定位参数前轮倾斜、前束和车轮的变化(例如100 mm)来绘制变化曲线。如果变化太大，则进行机构改进设计。步骤：您可以使用主销的下部支承c点作为坐标的原点，首先计算导向机构和转向机构杆件终点的坐标，使用圆柱连接这些点，在杆件连接的位置用球连接它们，然后设置起始铰约束、固定约束、移动辅助和旋转对，在轮胎连接中添加驱动，使轮胎上下运动并完成模型。点的坐标为： (由于参数原因，某些点的坐标为公式)图7 Adams型号硬点刘涛机构和转向机构的模型如下：图8 Adams型号生成模型后，可以应用函数Function进行控制盘上下跳动时控制盘位置参数发生变化的测量，从而确定导向机构是否合理以及是否需要优化。设置车轮上下跳动的曲线，如下所示：图9车轮垂直跳动1.4.2模拟结果1.前轮倾斜a前轮倾斜a表示车轮中心平面和道路平面垂直线之间的角度，如图所示。车轮顶面向外