FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含5張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj16

FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

摘要：本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)FSAE賽車(chē)后懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的后懸架類(lèi)型；我們最后決定FSAE賽車(chē)的后懸架選用多連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)賽車(chē)參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)確立了后懸架的尺寸，材料，以及懸架部件的選取以及參數(shù)，然后利用 proe 建立 FSAE 賽車(chē)后懸架的三維機(jī)構(gòu)仿真模型；在建立三維模型的過(guò)程中，根據(jù)坐標(biāo)來(lái)建立三維模型，這樣的精度高。將三維模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS 中，進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，以及動(dòng)態(tài)分析，對(duì)后懸架下控制臂的0.5g加速工況，0.95g轉(zhuǎn)彎工況的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行分析，最后證實(shí)了設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，且存在安全富裕度。然后進(jìn)行共振分析，分別選取了五種狀態(tài)下的振型與固有頻率進(jìn)行比較，來(lái)判斷下控制臂的結(jié)構(gòu)和材料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)比較得出了下控制臂滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

    關(guān)鍵詞：FSAE賽車(chē)；懸架；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    錄

摘要 I

Abstract II

目    錄 III

1 緒論 1

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3

1.3 本章小結(jié) 3

2 FSAE后懸架的建立 4

2.1 FSAE賽車(chē)懸架的選擇 4

2.2 后懸架參數(shù)設(shè)計(jì) 5

2.2.1 后懸架固有頻率的選擇 6

2.2.2 四輪定位參數(shù) 6

2.2.3 FSAE賽車(chē)懸架剛度計(jì)算 7

2.3 本章小結(jié) 10

3 對(duì)FSAE的后懸架進(jìn)行三維建模 11

3.1 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 13

3.2 本章小結(jié) 16

4 控制臂有限元分析 17

4.1 有限元法的介紹 17

4.2 控制臂有限元模型建立 17

4.2.1 幾何模型 17

4.2.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 18

4.2.3 材料屬性定義 19

4.2.4 慣性釋放及模型的約束與加載 19

4.3 典型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析 20

4.3.1 0.5g加速工況 20

4.3.2 0.95g轉(zhuǎn)向工況 21

4.4 共振分析 22

4.5 本章小結(jié) 25

5 結(jié)論 26

參  考  文  獻(xiàn) 28

致    謝 30

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后懸上控制臂A3.dwg

后懸下控制臂A3.dwg

后懸架上下叉臂裝配圖A1.dwg

后懸架裝配圖A0.dwg

搖臂A3.dwg

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開(kāi) 題 報(bào) 告 文 獻(xiàn) 綜 述 一、概述 中國(guó)大學(xué)生方程式汽車(chē)大賽（ 簡(jiǎn)稱(chēng)： 一項(xiàng)由高等院校汽車(chē)工程或汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)業(yè)在校學(xué)生組隊(duì)參加的汽車(chē)設(shè)計(jì)與制造比賽。 一項(xiàng)非盈利社會(huì)公益性事業(yè)，項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展整合了優(yōu)秀高等院校資源、整車(chē)和零部件制造商資源，獲得了政府部和社會(huì)各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會(huì)各界對(duì) 目投入的人力支持和資金支持將全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學(xué)生設(shè)立賽事獎(jiǎng)金。 2010 年第一屆 中國(guó)汽車(chē)工 程學(xué)會(huì)、中國(guó) 21 所大學(xué)（專(zhuān)）汽車(chē)院系、易車(chē)（ 合發(fā)起并成功舉舉辦 ,截止 2012 年 11 月份，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)舉辦了 3屆 賽，參賽隊(duì)伍數(shù)量已經(jīng)由 2010 年的 20 支上升到 2012 年 41 支。與此同時(shí)，北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、廈門(mén)理工大學(xué)等學(xué)校先后成立 隊(duì)，并赴國(guó)外參賽，積累了一定的比賽經(jīng)驗(yàn)。 足于中國(guó)汽車(chē)工程教育和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，吸收并借鑒其他國(guó)家 事成功經(jīng)驗(yàn)，以培養(yǎng)中國(guó)未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和工程師為目標(biāo)的公共教育平臺(tái)。 過(guò)全方位培訓(xùn)，提高學(xué)生們的設(shè)計(jì)、制造、成本控 制、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)、溝通與協(xié)作等五方面的能力，全面提升汽車(chē)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積蓄人才。 車(chē)的主要目的是為了全面提升學(xué)生的綜合能力，同時(shí)通過(guò)活動(dòng)創(chuàng)造學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)氛圍，為院校提供交流平臺(tái)，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)科建設(shè)的提升。 美國(guó) 車(chē)相比于其他國(guó)家發(fā)展較早，其可追溯至 20 世 70 年代 車(chē)運(yùn)動(dòng)。 1981 年，第一屆 賽在美國(guó)奧斯汀德克薩斯大學(xué)舉行。經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展， 車(chē)運(yùn)動(dòng)在世界影響力日益凸顯，比賽規(guī)模日益擴(kuò)大。 1998 年，英國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)舉辦了第一屆英國(guó) 賽，從此 駐歐洲； 2000 年，澳大利亞舉辦第一屆 賽； 2003 年， 始在日本舉行， 車(chē)比賽正式落戶(hù)亞洲；此外，巴西、意大利、德國(guó)等國(guó)家也相繼舉行了 車(chē)比賽。另外， 車(chē)比賽的深度也有所增加。除了傳統(tǒng)的燃油車(chē)比賽，德國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)家也開(kāi)始愈加重視電動(dòng)汽車(chē)比賽的推動(dòng)，德國(guó)于 2010 年開(kāi)始舉辦了 動(dòng)賽車(chē)比賽，拓展了 賽新領(lǐng)域，豐富了 內(nèi)涵。 二、懸架的設(shè)計(jì)及優(yōu)缺點(diǎn) 1、懸架的設(shè)計(jì) 懸架是汽車(chē) 上重要的組成部分 ,它是車(chē)架或承載式車(chē)身和車(chē)橋或車(chē)輪之間彈性連接并傳遞力和力矩的裝置的總稱(chēng)。汽車(chē)懸架直接關(guān)系到汽車(chē)的平順性和操縱穩(wěn)定性。其主要功能有把路面作用于車(chē)輪的垂直反力支承力、縱向反力驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力、側(cè)向反力以 及這些反力所造成的力矩傳遞到車(chē)架或車(chē)身上。與輪胎一起 ,吸收和緩沖汽車(chē)行駛中由于路面不平所造成的各種制動(dòng)和沖擊 ,從而保證乘客乘坐舒適和貨物的安全。使車(chē)身和車(chē)輪之間保持有適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)幾何關(guān)系 ,即車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)應(yīng)有正確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。懸架一般有起著緩沖作用的彈性元件、減振作用的減振器、導(dǎo)向作用的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組 成。懸架按左右兩側(cè)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)是否關(guān)聯(lián) ,可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。 其中 ,非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是汽車(chē)兩側(cè)車(chē)輪安裝在一根整體式車(chē)軸的兩端。一側(cè)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí) ,一定會(huì)影響到另一側(cè)車(chē)輪的定位參數(shù)主要是車(chē)輪外傾的改變 ,但車(chē)輪距不會(huì)變動(dòng)。而獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左右兩側(cè)車(chē)輪之間沒(méi)有剛性的車(chē)軸 ,車(chē)輪獨(dú)自通過(guò)懸架的彈性元件和導(dǎo)向桿系與車(chē)架相連。在左右車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系上 ,當(dāng)一側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí) ,對(duì)另一側(cè)車(chē)輪的定位參數(shù)不產(chǎn)生影響。車(chē)輪之間沒(méi)有運(yùn)動(dòng)干涉的結(jié)構(gòu)決定了它較非獨(dú)立懸良好的性能。本次畢業(yè)論文所研究的多連桿后獨(dú)立懸架主要包括 上橫臂、下前后擺臂、縱向推力桿、減振器、螺旋彈簧等 ,它們通過(guò)橡膠襯套和各種約束連接，其結(jié)構(gòu)如圖 1所示 圖 1 1一減振器； 2、 12一固定支架； 3一縱向推力桿； 4一輪毅； 5、10一連接桿； 6一后擺臂； 8一副車(chē)架； 9、 13一上擺臂； 11一制動(dòng)器； 14一前擺臂；15一墊圈； 16一穩(wěn)定桿 17、 18一襯套 . 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)是賽車(chē)總體設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，懸架的性能決定了賽車(chē)的性能 表現(xiàn)。懸架設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及的參數(shù)計(jì)算和 考慮因素比較多。不同的車(chē)型對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求是不同的。如一般轎車(chē)對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求有： 1）保證汽車(chē)有良好的行駛穩(wěn)定性； 2）具有合適的衰減震動(dòng)能力； 3)保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性；4)有良好的隔音能力； 5)汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，要保證汽車(chē)穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適； 6)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要??； 7)可靠的傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力與力矩，在滿(mǎn)足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。如圖 2，典型的 多連桿 獨(dú)立懸掛 結(jié)構(gòu)圖 。 圖 2 而 要滿(mǎn)足以下要求： 1）要具有合適的衰減震動(dòng)的能力； 2）保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性； 3）質(zhì)量要輕； 4）駕駛員操作和控制容易； 5）安裝方便并且易于調(diào)整； 如圖 3、 4 所示，是國(guó)內(nèi)外賽車(chē)后懸架圖 圖 3 圖 4 2、多連 桿式懸架的優(yōu)缺點(diǎn) 多連桿懸架的優(yōu)點(diǎn)可以自由的確定主銷(xiāo)偏移距 ,減小因徑向載荷引起的干擾力和力矩很好地控制了在制動(dòng)和加速期間車(chē)的縱向點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)有利于控制車(chē)輪的前束、外傾和輪距寬度變化 ,因此具有良好的操縱穩(wěn)定性可有效地降低輪胎的磨損 ,延長(zhǎng)其使用壽命從彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來(lái)看 ,在側(cè)向力和縱向力條件下前束角的改變以及行駛舒適性都能得到精確的控制車(chē)輪受力點(diǎn)分散 ,因此連桿可以做得較細(xì)小 ,減輕了質(zhì)量。多連桿懸架的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,裝配要求高。桿件的增多 ,占用空間大 ,車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)約束的現(xiàn)象。桿件之間需要襯套 ,增加襯套的磨損。研發(fā)維 修成本高。多連桿懸架系統(tǒng)是傳統(tǒng)懸架中最先進(jìn)的懸架系統(tǒng)。但多連桿懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,材料制造要求較高 ,維修困難 ,成本較高 ,使它 多用于中高檔轎車(chē)。 賽車(chē)多連桿后獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)流程 1、懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型 2、設(shè)計(jì)車(chē)型指標(biāo)的分析與確定 3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4、彈性元件設(shè)計(jì) 5、橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 6、減振器設(shè)計(jì) 7、動(dòng)態(tài)仿真 8、生成包洛體 參考文獻(xiàn) ： [1] 劉松濤，劉云龍，吳寧寧，等 2010 年賽車(chē)設(shè)計(jì)報(bào)告 [R]海：中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)， 2010： 3[2] 余志生 M] 機(jī)械工業(yè)出版社， 2006： 161[3] 王望予 M] 械工業(yè)出版社， 2002： 134[4] 李嫚 車(chē)懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析 [D] 哈爾濱工業(yè)大 學(xué)， 2011. 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