专业课程设计-双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计

1、双臂独立汽车悬挂-汽车转向系统系统的解析与设计院(系) :汽车学院专业：车辆工程(汽车)名字：学位：导师：目录一、设计主题3一题的说明四2本课程的设计内容52.1导向机构和汽车转向系统梯形机构的运动学分析和设计52.2汽车悬挂弹性元件和阻尼元件的结构选择和残奥仪表计算62.3汽车悬挂导向机构的受力分析和主要支撑部件的结构设计和强度计算63基本设计步骤6二、设计过程91残奥仪表初始选择9双汽车转向系统机构残奥仪表设计92.1汽车转向系统机构优化设计原理92.2确定汽车转向系统机构的几何残奥仪表112.3机构运动概略图描绘113 ADAMS模拟优化123.1使用ADAMS-view模组建立汽车悬挂

2、模型123.2参数化建模和优化结果123.3优化结果分析134汽车悬挂弹性元件和阻尼元件的结构选择和设计计算164.1结构选型164.2设计计算165结构设计和强度检查175.1下横臂结构设计与计算校正175.2上臂的结构设计和计算检查215.3轮毂传动半轴径的设计计算225.4轮毂轴承的选择和检查计算225.5其他附属零配件的选定25三、设计感想25四、参考文献26在绘图定径套中添加3346389411或3012250582一、设计主题双臂独立汽车悬挂-汽车转向系统系统的解析与设计(2013.9.13-2013.11.15 )双臂悬架结构示例双重图2是双横臂汽车悬挂定-汽车转向系统定机构示意

3、图一道题的说明图1是汽车前轮采用的双横杆汽车悬挂汽车转向系统机构的示意图(简化)，导向机构ABCD由上横杆AB、汽车转向系统大头针BC、下横杆CD和车体信息帧AD构成。 其中，a、d分别是上臂与车身信息帧连结的铰链中心(假定两铰链轴线与车辆的纵向平行)，b、c分别是转弯主大头针BC与上臂、下臂连结的球铰链中心。 在车辆的横向垂直平面内，设上下臂相对于水平面的摆动角分别为j、y，设外倾角为b0。转向传递机构采用由齿轮-齿条汽车转向系统驱动的开放型转向梯形机构GFE EFG(F和f、g和g对称，未图示)。 其中，左转向梯形机构EFG由齿轮-齿条汽车转向系统输出齿条EE、左转向横拉杆EF、左转向节臂

4、FG以及车身信息帧构成。 e、e分别是连结整流子齿条和左右转向横拉杆的球的铰链中心，f是连结左转向横拉杆EF和左转向关节臂FG的球的铰链中心，g是连结左转向关节臂FG和左转向关节大头针BC的升交点，并且是FGBC。 另外，车轮轴线KH与汽车转向系统大头针BC和h、车轮中心面和j相交。甲组联赛乙级联赛c.c德. df.feghKep换向器齿条甲组联赛b0y(后视图)(地面)乙级联赛2R德. dg乙级联赛e甲组联赛f.fe(水平平面图)K前面后c.c整流子齿轮日本航空yL1L2L3乙级联赛日本航空a0图1是双臂悬架-汽车转向系统定机构示意图描述ABCD引导机构的运动学的机构几何残奥仪主要是上臂的杆

5、长AB=h1、主大头针的球的铰链中心间距离BC=h2、下臂的杆长CD=h3、上下臂的摆动角j、y (横臂向外倾斜时取负值)、主大头针的向内角度为了简化，假定未考虑主大头针的后倾角的影响，上下臂与车身信息帧的铰链的轴线与车辆的纵向平行，则图示的引导机构ABCD的上下臂AB、CD与汽车转向系统大头针的轴线BC总是在通过前轮的轴线的汽车的横向垂直平面内移动。在水平面的俯视图中，描述EFG左旋转梯形机构的运动学的机构几何残奥计主要是EE=L1、EF=L2、FG=L3、车身信息帧上的齿条移动方向线EE与前轮轴线的片偏移距离y (前轮轴线位于前方时取正值)、关节臂FG相对于汽车长度方向的安装角a0。 另外

6、，左右车轮的转向角分别用a、b表示。双臂独立悬架系统的弹性元件可采用螺旋弹簧或扭杆弹簧弹簧，阻尼元件常用滚筒式阻尼器。 根据整车的结构配置，弹簧和阻尼大头针元件通常安装在下臂和车身信息帧(车身)之间，也有安装在上横梁和车身信息帧(车身)之间的情况。 因此，引导机构的各部件和各连结铰链的力的大小和方向与弹簧要素的类型和安装位置密切相关。双臂汽车悬挂-汽车转向系统系统的分析和设计主要包括：1 .描绘梯形机构的运动学设计和机构运动的概略图基于ADAMS的汽车悬挂导向机构前轮定位残奥分析和前轮左、右转向角关系验证3 .汽车悬挂弹性元件和阻尼元件的结构选择和设计计算4、汽车悬挂导向机构的受力分析、零配件

7、结构强度计算及结构方案设计5 .制作系统组件构造装配示意图和一部分零件图(省略刹车器卡钳安装构造)。2本课程的设计内容以上述悬挂结构的形式，尝试设计某前轮驱动的迷你车的双臂氟里昂汽车悬挂-汽车转向系统系统，其残奥仪表的选择范围如下车轮底座B=12001400mm，车轮底座L=20002500 mm。 满载时的整车总质量为m=10001300kg，最高车速Vmax=140km/h，最大爬坡度20%，0-100 km/h加速时间为14秒以下，最小转弯半径Rmin=40004500mm。前轮轮胎外径为2R=520mm，轮胎宽度b=145 mm。导向机构几何尺残奥： AB=150280mm、BC=20

8、0360mm、CD=300400mm、JH=80110mm、BH=90150mm，当车辆处于满载平衡位置时，氟里昂止触发器/汽车悬挂定导向机构位置残奥计约为a=-58、y汽车转向系统机构的几何残奥仪： EE=L1=50580mm，EF=L2=180500mm，FG=L3=100140mm，Y=-8080mm，BG=80130mm，机架左右移动行程为s=5070 mm。 关节臂安装角a0=175190，汽车转向系统梯形机构的最大压力角amax=4550。要求各同学完成以下课程的设计内容2.1导向机构和汽车转向系统梯形机构的运动学分析与设计(1)在上述残奥表范围内，首次选择一组整车残奥表。 例如，

9、轮间距离B=1250 mm、轴间距离L=2050 mm、单轮弹簧载荷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毫米，BC=280mm毫米，CD=340mm毫米，JH=90mm毫米，BH=140mm毫米，BG=110 mm毫米，a=-2，y=-3.5，b0=8。 最大压力角amax=48。(2)将汽车转向系统梯形机构GFE EFG近似为水平面内的平面网络链接机构，根据所选择的轴距、轴距、最小汽车转向系统半径要求、最大压力角和关节臂安装角限制条件，在适当的汽车转向系统行程范围内(例如s=60 mm )，按照阿克曼转

10、向几何原理，利用最优设计方法进行汽车转向系统左右车轮转向角关系的理论曲线与实际绘制曲线(3)按比例描绘朝向梯形机构的运动的概略图。(用ADAMS建构了双臂悬挂导向汽车转向系统梯形机构的运动学仿真模型，分析了当车轮从全平衡位置上下摆动(如60 mm )时，车轮定位残奥仪前轮的外倾角、前束和轮距的变化情况，进行变化绘制曲线。 如果变化很大，请调整和优化“机构”几何残奥表。2.2汽车悬挂弹性元件和阻尼元件的结构选择和残奥仪表计算(5)根据单轮弹簧的装载质量w和汽车平滑性的要求，确定汽车悬挂的等效刚性和等效衰减残奥表，根据车轮的上下摆动的变化绘制曲线(6)利用全平衡位置的汽车悬挂等效刚性和等效衰减残奥

11、表，根据实际的弹性要素和衰减要素的安装位置，换算弹簧刚性和衰减要素残奥表(阻尼系数、拉伸和压缩行程)而决定。2.3汽车悬挂导向机构的受力分析和主要支撑部件的结构设计和强度计算(7)考虑到动载荷系数、紧急制动和内侧滑等苛刻状况，对汽车悬挂导臂机构的控制臂受力分析，确定各铰链点的力的大小和方向，为导臂机构的构件形状和各铰链点的结构设计提供理论依据。(8)根据上述受力分析结果进行导向系统主要支撑构件的结构设计和强度管理，选择合理的支撑结构、构件截面形状和铰链形式。 结构设计时要运用结构轻量设计原理，考虑制造工艺的可行性。 选择汽车悬挂铰链时，要确认其结构是拉伸式还是受压式，使其符合负荷分析的特征。

12、在上下臂与信息帧间的支撑铰链上采用了橡皮子弹性铰链，能够提高汽车悬挂的防振性能。(9)计算车轮负荷和全浮动式驱动半轴的扭矩(参照教材汽车设计)，决定驱动半轴径和与其连接的轮毂构造尺寸，选择适当的轮毂轴承进行驱动桥的关节构造设计。(10 )描绘上述双臂氟里昂汽车悬挂引导机构的各构成部件(上下双臂、转向节、连结球铰链、弹性支承铰链、传动轴、轮毂轴承、轮毂、刹车盘等)在汽车的横垂直平面内的主要构造装配示意图(省略框架建筑与刹车器钳安装构造部分)。(11 )用手工作业制作汽车悬挂托架总成(下述斗杆)的结构图。3基本设计程序(1)选择导向机构的几何残奥仪表，注意必须保证上摆臂的倾斜方向车身侧滚中心不低，

13、可作图进行大致检查图2是双横臂引导机构的版结构图(2)利用换向梯形机构设计软件，优化换向梯形机构的几何残奥仪，绘制换向机构换向系统机构的运动简图断路式汽车转向系统梯形机构优化设计计程仪方案(3)选择弹性要素、阻尼要素和安装方式(4)根据人体舒适汽车悬挂的偏置要求，利用双臂汽车悬挂的分析和设计计算软件，确定悬挂系统弹性元件和阻尼元件的残奥计双臂汽车悬挂静力分析和刚度及阻尼残奥仪表计算计程仪(5)使用双臂汽车悬挂解析和设计计算软件或ADAMS软件，进行汽车悬挂载荷解析确定车辆车轮的最大外力(力矩)负荷，用解析法、解法、分析软件等，分析汽车悬挂处于不同位置时的受力状况(满载时汽车悬挂机构各铰链的受力

14、变化曲线)，确定导杆系的最大受力(力矩)状况(6)使用材料力学和机械设定的强度计算理论，进行导杆系结构设计和强度管理(导杆系的截面形状需要兼顾强度设计和轻量化)(7)计算车轮载荷和全浮动式驱动半轴的扭矩，决定驱动半轴径和与其连接的轮毂结构尺寸，选择适当的轮毂轴承，进行驱动桥的主要结构设计(不考虑刹车器卡钳安装结构)。注意：决定轮毂轴承在转向节上的安装方式，表示正确安装轮毂轴承在转向节上所需的公差的配合关系决定轴承内外圈的轴向定位方式。 用弹性阶梯轮限制轴承外圈时，安装孔用阶梯轮的槽尺寸和公差根据对应的弹性阶梯轮的基准进行调查在转向节上安装转向横拉杆连结球铰链的锥形孔构造，其位置和尺寸必须明确(

15、在水平投影面内，其位置残奥仪表可以参考汽车转向系统梯形机构转向节臂长L3和安装角a0相对于转向节臂的汽车长度方向的最优设计结果)。关节上需要安装与上下臂连结的球铰链的锥形孔构造，标明相关残奥仪表转向节的材料可以铸钢、铸铁元素、铝铸造，要注明材料编号。(8)制作悬挂系统组件(包括转向节与驱动桥轮毂轴承支承结构、上下臂与信息帧的弹性支承大头针结构)二维CAD装配示意图，并表示装配示意图尺寸、配合公差与工程量清单等注意：轮毂轴承和转向节之间的公差应配合在将上下臂分别支承于车身信息帧的弹性铰链构造中，关于孔与大头针卡合的构造，能够用部分截面等描绘，公差卡合关系也应该表示于装配示意图以上，下摆臂分别经由

16、球铰链与转向节连结的锥孔装配结构，也能以部分剖面方式明示构造查看导向机构的主要几何残奥仪表(各铰链中心之间的距离、上下横臂相对水平线的倾角、主大头针倾斜角度)，通常不需要在组件装配示意图中填写各零配件的尺寸和公差残奥仪表等工程量清单必须注明螺母柱、开口销、轴承、弹性挡圈等标准零配件的标准编号、数量等，以便在实际设计制造时能集中购买。 不合规格的标明有姓名、材料、数量等。(9)用手工作业绘制汽车悬挂主要零配件的图纸，表示尺寸和几何公差、材料和热处理等技术要求。(十)编制课程设计清单。二、设计过程1残奥仪表初始选择在主题要求残奥表的范围内，最初选择一组整车残奥表如下轮间距离B=1250mm，轮间距

17、离L=2100mm，满载时的整车总质量m=1100kg，单轮弹簧负荷W=270kg，最高车速Vmax=140km/h，最大爬坡度20%，AB=260mm，BC=330mm，CD=380mm，JH=380 mm双汽车转向系统机构残奥仪表设计2.1汽车转向系统机构的优化设计原理图2是齿条齿轮驱动的开放式汽车转向系统梯形构造图如果将s设为汽车转向系统齿条位移量(S1SS2 )，则对于齿条小齿轮式汽车转向系统驱动的断开式汽车转向系统梯形机构，能够容易地求出左右前轮的转向角a和。(1)(2)(3)其中，A=-2L3(S0-S )、B=-2L3y、C=L22-L32-(S0-S) 2-y2A0=-2L3S0，B0=-2L3y，C0=L22-L32- S02-y2A=-2L3(S0 S )、B=-2L3y、C=L22-L32-(S0 S)2-y2L1汽车转向系统机架左右球铰链中心的距离L2左、右拉杆长度L3左、右转向节臂长度Lw从车轮中心到汽车转向系统大头针的距离S1从汽车转向系统机架的中心位置向左的位移量(取正值)S2从汽车转向系统机架中心位置向右的位移量(取负值)y 汽车转向系统机架左右球的铰链中心线与左右汽车转向系统大头针中