基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué)生姓名 胡凱耀 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程 B05-16 指導(dǎo)教師姓名 楊兆 職稱 助教 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 研究現(xiàn)狀：虛擬樣機(jī)技術(shù)源于對(duì)多系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是機(jī)械動(dòng)力學(xué)，動(dòng)力學(xué)和控制理論。近些年由于三位計(jì)算機(jī)的圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)的應(yīng)用，虛擬樣機(jī)技術(shù)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，可以把設(shè)計(jì)好的零部件和機(jī)構(gòu)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中加上實(shí)際情況的各種約束條件和激勵(lì)實(shí)現(xiàn)真實(shí)情況的模仿和各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而做到降低成本和節(jié)省時(shí)間。 隨著懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，逐漸由被動(dòng)懸架到半主動(dòng)懸架再到主動(dòng)懸架的發(fā)展，雙橫臂獨(dú)立懸架已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。雙橫臂獨(dú)立懸架擁有上、下兩個(gè)橫臂，橫向力由兩個(gè)橫臂同時(shí)吸收，支柱只承載車身重量，因此橫向剛度大。雙橫臂獨(dú)立懸架的上、下兩個(gè)橫臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)，前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于上、下橫臂能吸收輪胎所受的橫向力，加上兩橫臂的橫向剛度較大，所有轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。雙橫臂獨(dú)立懸架通常采用上、下不等長(zhǎng)橫臂（上短下長(zhǎng)），讓車輪在上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)能自動(dòng)改變外傾角，并且減小輪距的變化達(dá)到減小輪胎的磨損，自動(dòng)適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好。因此得到了廣泛的應(yīng)用。 目的：基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的目的就在于運(yùn)用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行車輛雙橫臂獨(dú)立懸架的虛擬設(shè)計(jì)，在懸架生產(chǎn)前進(jìn)行設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)仿真，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得車輪垂直跳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)與車輪前束角的變化關(guān)系。在動(dòng)態(tài)仿真后獲得相關(guān)優(yōu)化數(shù)據(jù)后對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行優(yōu)化，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。 意義：懸架時(shí)現(xiàn)代汽車上的重要總成之一。他把車架和車軸彈性地連接起來(lái)。其主要任務(wù)是傳遞車輪和車架之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車架的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性。傳統(tǒng)的懸架設(shè)計(jì)過程包括設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、優(yōu)化、再試驗(yàn)等反復(fù)試驗(yàn)，直到產(chǎn)品合格才進(jìn)行投產(chǎn)，這樣就造成了開發(fā)周期長(zhǎng)、開發(fā)成本高。虛擬樣機(jī)技術(shù)就是把設(shè)計(jì)好的懸架系統(tǒng)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，模仿懸架的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，找出設(shè)計(jì)的不合理地方進(jìn)行修改，不必經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，從而大大的縮短了開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高了懸架的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內(nèi)容 分析雙橫臂獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求，在懸架設(shè)計(jì)中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，運(yùn)用Pro/E建立三維物理模型，并在ADAMS軟件平臺(tái)上建立雙橫臂獨(dú)立懸架模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，通過分析車輪的垂直跳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)與車輪前束角的變化關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建立虛擬雙橫臂獨(dú)立懸架模型。 2、擬解決的主要問題 （1）彈性元件的設(shè)計(jì) 對(duì)彈性元件的設(shè)計(jì)要根據(jù)設(shè)計(jì)車型的整車整備質(zhì)量和前后橋質(zhì)量的分配進(jìn)行彈簧剛度的計(jì)算； （2）懸架動(dòng)撓度的確定 根據(jù)汽車滿載時(shí)懸架上的質(zhì)量，懸架剛度與懸架允許的最大變形確定動(dòng)撓度； （3）懸架的裝配 在Pro/E軟件對(duì)各已經(jīng)繪制好的零件進(jìn)行裝配成一完整的懸架； （4）應(yīng)用ADAMS對(duì)懸架進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化。 三、技術(shù)路線（研究方法） 調(diào)研，資料收集 懸架形式的選擇 零件尺寸的計(jì)算 設(shè)計(jì)完成 Pro/E建模 ADAMS建模與仿真優(yōu)化 不合格 合格 四、進(jìn)度安排 （1）調(diào)研、資料收集，完成開題報(bào)告 第4、5周（3月23日～4月5日） （2）雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 第6、7周 （4月6日~4月19日） （3）應(yīng)用ADAMS進(jìn)行懸架的動(dòng)力學(xué)仿真分析 第8、9周 （4月20日~5月3日） （4）應(yīng)用Pro/E建立懸架三維實(shí)體模型 第10、11周 （5月4日~5月17日） （5）優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)用Pro/E進(jìn)行模型的重新建模 第12、13、14周 （5月18日~6月7日） （6）設(shè)計(jì)審核、修改 第15、16周（6月8日～6月21日） （7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月22日～6月 28日） 五、參考文獻(xiàn) [1]臧杰，閻巖主編. 汽車構(gòu)造：下冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2005 [2]陳家瑞主編. 汽車構(gòu)造：下冊(cè)[M]. 北京人民交通出版社，2002 [3]王望予主編. 汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [4]劉惟信主編. 汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001 [5]凱得設(shè)計(jì)編著. 精通Pro/ENGINEER中文野火版3.0[M] . 北京：中國(guó)青年出版社，2007 [6]恒盛杰資訊編著. Pro/ENGINEER從入門到精通[M]. 北京：中國(guó)青年出版社，2007 [7]李軍，邤俊文，覃文潔等編. ADAMS實(shí)例教程[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2002 [8]唐金松主編. 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000 [9]呂振華，常放，楊道華設(shè)計(jì)研究. 利用ADAMS對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行仿真分析[J]. 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2005 [10]葉明強(qiáng)，王耘，胡樹根設(shè)計(jì)計(jì)算. 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的獨(dú)立雙橫臂懸架振動(dòng)仿真分析與優(yōu)化[J]. 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2005 [11]劉虹，王其東，湯傳玲設(shè)計(jì)研究. 基于ADAMS雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真[J]. 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)，2006 [12]李增剛編著. ADAMS入門詳解與實(shí)例[M]. 北京，國(guó)防工業(yè)出版社，2008 [13]Yasuo shimizu ,Toshitake kawai. Development of electric power steering[J] . SAE paper no. 1994 [14]人民交通出版社汽車圖書出版中心編. 汽車典型結(jié)構(gòu)圖冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社，2008 [15]成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)—4版[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [16]A.A緬里尼柯夫，烏斯藩斯基著. 汽車懸架設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民交通出版社，1980 [17]sebulke a the two-mass flywheel-a torsional vibration damper for the power train of passenger carsstate of the art and further technical development (SAE870394)[J].SAE transactions.1987 [18]周松鶴編.工程力學(xué)(教程篇) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [19]鄭建榮編著.ADAMS——虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 懸架裝配圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 懸架分解圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 叉形件 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 轉(zhuǎn)向節(jié) 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 減振器 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 上橫臂 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 下橫臂 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 車輪 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 制動(dòng)盤 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 螺旋彈簧 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 托盤 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 半軸 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 轉(zhuǎn)向橫拉桿 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 橫向穩(wěn)定桿 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程故學(xué)院 B05-16-15 審核 懸架分解圖 材料 比例 數(shù)量 共 張第 張 制圖 胡凱耀 黑龍江工程學(xué)院 B05-16-15 審核 雙橫臂獨(dú)立懸架零件結(jié)構(gòu)圖 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級(jí)：車輛工程B05-16班 學(xué)生姓名： 胡凱耀 指導(dǎo)教師： 楊 兆 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)結(jié)合懸架設(shè)計(jì)知識(shí)，詳細(xì)分析了懸架結(jié)構(gòu)，對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在ADAMS/View中對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行合理簡(jiǎn)化并建模，并對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)化，定制界面，即改變初始參數(shù)就能快速生成不同的懸架模型，提高了仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，使平臺(tái)具有開放性。分析研究了所需優(yōu)化的變量（前輪外傾角、車輪側(cè)滑量）及其函數(shù)表達(dá)式。進(jìn)行了懸架動(dòng)力學(xué)仿真分析，研究懸架各性能參數(shù)在車輪跳動(dòng)過程中的變化趨勢(shì)，并指出需要改進(jìn)的地方。分析每個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化對(duì)樣機(jī)性能的影響，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。再次進(jìn)行仿真，對(duì)比分析了優(yōu)化前后的仿真結(jié)果，并評(píng)價(jià)了優(yōu)化方案。優(yōu)化后懸架的性能明顯提高，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性，并完成虛擬設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。最后運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行實(shí)體的建立。 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義為在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真，并且提出改進(jìn)意見，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。 關(guān)鍵詞：雙橫獨(dú)立臂懸架；仿真；虛擬樣機(jī)技術(shù)；ADAMS；Pro/ENGINEER  ABSTRACT On the basis of the Suspension design, this paper calculated a detailed requirements for double wishbone independent suspension structure, I simplified and built a model of double wishbone independent suspension system in ADAMS/View, made the model parameters, then the model was open, and prepared the necessary measuring function. I discussed the performance of the front wheel alignment parameters in a front wheel vehicle positioning. The model was a virtual front suspension test platform. This thesis analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel. The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed, make an optimized design of the program, with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization, the suspension’s key data was generated, the virtual design and test were finished. Finally I used Pro/E for double wishbone independent suspension a modeling. The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle double wishbone independent suspension of the virtual design platform for virtual simulation test, pioneering a more scientific approach for the design and development of double wishbone independent suspension, combining the automobile design theory, resolving problems in the field of kinematics and dynamics, improving the quality of design. This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for China’s auto mobile industry. Keywords : Double Wishbone Independent Suspension System; Simulation; Virtual Prototyping Technology; ADAMS; Pro/ENGINNER  II 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 選題的意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 2 1.4 預(yù)期結(jié)果 2 第2章 獨(dú)立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 3 2.1 懸架的組成與分類 3 2.1.1 懸架分類 3 2.1.2 懸架組成 4 2.2 獨(dú)立雙橫臂懸架 4 2.3 本章小結(jié) 7 第3章 獨(dú)立雙橫臂懸架設(shè)計(jì) 8 3.1 設(shè)計(jì)主要依據(jù)參數(shù) 8 3.1.1 影響平順性參數(shù) 8 3.1.2 阻尼特性 9 3.1.3 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 10 3.2 螺旋彈簧設(shè)計(jì) 11 3.3 減振器設(shè)計(jì) 14 3.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16 3.4.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 16 3.4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)設(shè)計(jì) 16 3.4.3 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 3.5 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 20 3.5.1 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 20 3.5.2穩(wěn)定桿直徑計(jì)算 21 3.5.3穩(wěn)定桿校核 22 3.6叉形件的設(shè)計(jì) 23 3.7 輪胎尺寸 24 3.8 半軸初步計(jì)算 24 3.9 本章小結(jié) 24 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 25 4.1 仿真軟件ADAMS的介紹 25 4.1.1 ADAMS的簡(jiǎn)介 25 4.1.2 ADAMS軟件的優(yōu)點(diǎn) 26 4.2懸架建模關(guān)鍵點(diǎn)的確定 27 4.3在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 29 4.3.1建模 29 4.3.2 定制界面 32 4.4測(cè)試懸架模型 34 4.5懸架參數(shù)化 42 4.5.1創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量 42 4.5.2設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)化 43 4.5.3實(shí)體參數(shù)化 46 4.6 設(shè)計(jì)參數(shù)的研究分析 47 4.6.1 參數(shù)化分析方法 47 4.6.2 設(shè)計(jì)研究 48 4.6.3優(yōu)化方案 51 4.6.4優(yōu)化結(jié)果 51 4.6.5優(yōu)化結(jié)果的評(píng)價(jià) 53 4.7本章小結(jié) 53 第5章 懸架實(shí)體建模 54 5.1懸架各零件的建模 54 5.1.1螺旋彈簧的建模 54 5.1.2輪胎的繪制 55 5.1.3減振器的創(chuàng)建 59 5.1.4上橫臂的創(chuàng)建 59 5.1.5下橫臂的創(chuàng)建 59 5.1.6制動(dòng)盤的創(chuàng)建 60 5.1.7轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 60 5.1.8叉形件的創(chuàng)建 60 5.2懸架的裝配 60 5.3本章小結(jié) 62 結(jié) 論 63 參考文獻(xiàn) 64 致　 謝 65 附 錄 66 第1章 緒 論 1.1 選題的意義 本課題研究的目的就在于運(yùn)用CAD/CAE技術(shù)對(duì)車輛雙橫臂獨(dú)立式懸架進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真，并且提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的意見，獲得分析車輪垂直跳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)與車輪前束角的變化等關(guān)系。獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。懸架是車輛重要的組成部分。其主要任務(wù)是傳遞車輪與車架之間的力和力矩，并緩和沖擊、衰減振動(dòng)。對(duì)改善車輛的行駛平順性、減輕車輛自重以及減少對(duì)公路的破壞具有重要息義。在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長(zhǎng)。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，結(jié)合虛擬設(shè)計(jì)和虛擬試驗(yàn)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 虛擬樣機(jī)技術(shù)源于對(duì)多系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究。虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)和控制理論。近些年由于三位計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)的應(yīng)用，虛擬樣機(jī)技術(shù)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，可以把設(shè)計(jì)好的零部件和機(jī)構(gòu)導(dǎo)入到相關(guān)的軟件中加上實(shí)際情況的各種約束條件和激勵(lì)實(shí)現(xiàn)真實(shí)情況的模仿和各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)從而做到既降低成本又節(jié)省時(shí)間。 隨著懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，逐漸由被動(dòng)懸架到半主動(dòng)懸架再到主動(dòng)懸架的發(fā)展，雙橫臂獨(dú)立懸架已經(jīng)得到了普遍的使用。雙橫臂獨(dú)立懸掛擁有上下兩個(gè)橫臂，橫向力由兩個(gè)橫臂同時(shí)吸收，支柱只承載車身重量，因此橫向剛度大。雙橫臂獨(dú)立懸掛的上下兩個(gè)橫臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù)，前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，上下兩個(gè)橫臂能同時(shí)吸收輪胎所受的橫向力，加上兩橫臂的橫向剛度較大，所以轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。?雙橫臂獨(dú)立懸掛通常采用上下不等長(zhǎng)橫臂（上短下長(zhǎng)），讓車輪在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)能自動(dòng)改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損，并且能自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好所以得到了廣泛應(yīng)用。綜合上述兩個(gè)方面用虛擬技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)研究懸架的優(yōu)點(diǎn)非常多，因此的到了廣泛的應(yīng)用[4]。 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 分析雙橫臂獨(dú)立式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計(jì)要求，在懸架設(shè)計(jì)中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，在ADAMS軟件平臺(tái)上建立雙橫臂獨(dú)立懸架的簡(jiǎn)化物理模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，通過分析車輪垂直跳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)與車輪前束角的變化等關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建立虛擬雙橫臂獨(dú)立選件模型，并運(yùn)用Pro/E建立懸架三維物理模型。 其具體路線如框圖1.1所示。 調(diào)研，資料收集 各零件尺寸的計(jì)算 懸架結(jié)構(gòu)形式選擇 ADAMS建模、優(yōu)化 不合格 合格 Pro/E建模 設(shè)計(jì)完成 圖1.1設(shè)計(jì)路線圖 1.4 預(yù)期結(jié)果 設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的文件和圖表。 （1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，包括設(shè)計(jì)計(jì)算部分內(nèi)容； （2）建立雙橫臂獨(dú)立懸架的Pro/E物理模型； （3）虛擬軟件ADAMS/View 仿真分析。 第2章 獨(dú)立雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)分析 2.1 懸架的組成與分類 汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置，不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩沖汽車在不平的路面上行駛時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長(zhǎng)機(jī)件的壽命。懸架主要由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等元件組成。 2.1.1 懸架分類 1、非獨(dú)立式懸架 兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相連。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力可靠，但是兩輪受沖擊震動(dòng)時(shí)互相影響。當(dāng)汽車行駛在左右傾斜的凸凹面上時(shí)，非獨(dú)立懸架車輛的車體發(fā)生明顯的傾斜，而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸架的緩沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動(dòng)、沖擊較大，該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。 2、獨(dú)立式懸架 汽車的每個(gè)車輪單獨(dú)通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較輕，緩沖與減震能力很強(qiáng)，乘坐舒適，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸掛，但該懸掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)雜起來(lái)。采用此種懸掛的轎車、客車以及載人車輛，可明顯提高乘坐的舒適性，并且在高速行駛時(shí)提高汽車的行駛穩(wěn)定性。而越野車輛、軍用車輛和礦山車輛，在壞路或無(wú)路的情況下，可保證全部車輪與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度。 與非獨(dú)立懸架相比，獨(dú)立懸架具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）非懸架質(zhì)量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；（2）左右車輪的跳動(dòng)沒有直接的相互影響，可以減少車身的傾斜和振動(dòng)；（3）占用橫向空間小，便于發(fā)動(dòng)機(jī)的布置，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置，從而降低汽車的質(zhì)心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；（4）易于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向[4]。 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)分有橫臂式（圖2.1a）、縱臂式（圖2.1b）、燭式（圖2.1c）、麥弗遜式（圖2.1d）等多種，其中橫臂式又可分為單橫臂式和雙橫臂式[4]。 圖2.1 懸架類型圖 2.1.2 懸架組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有不同的結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架（或車身）隨車輪按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。轎車上來(lái)講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但是沒有減振作用。減振器在車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。采用減振器是為了吸收振動(dòng)，使汽車車身振動(dòng)迅速衰弱（振幅迅速減小），使車身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架（或車身）有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2.2 獨(dú)立雙橫臂懸架 雙橫臂式獨(dú)立懸架根據(jù)上下橫臂的長(zhǎng)度相等于不相等又可分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式。等長(zhǎng)雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動(dòng)時(shí)，可以保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，故已很少使用，多為不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架所取代。不等長(zhǎng)雙橫臂懸架在其車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定行，已為中、高級(jí)轎車的前懸架所廣泛采用。 當(dāng)上下橫臂長(zhǎng)度之比為時(shí)車輪平面傾角應(yīng)不大于。圖2.2為不等長(zhǎng)雙橫臂前獨(dú)立懸架的兩種典型結(jié)構(gòu)圖[4]。 1，6-下擺臂及上擺臂；2,5-球頭銷；3-半軸等速萬(wàn)向節(jié)；4-立柱；7，8-緩沖塊 （a）無(wú)主銷前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的雙橫臂懸架 1，2-上、下擺臂；3-立柱；4-球頭銷；5-扭桿彈簧；6-橫向穩(wěn)定桿；7-扭桿扭轉(zhuǎn)裝置 （b）無(wú)主銷不等長(zhǎng)雙橫臂前獨(dú)立懸架 圖2.2 懸架圖 雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 為了隔離振動(dòng)和噪聲并補(bǔ)償空間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于上、下橫臂擺動(dòng)軸線相交帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)干涉，在個(gè)鉸接點(diǎn)處一般采用橡膠支承。顯然，各點(diǎn)處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車輪的導(dǎo)向和定位也就越精確。分析表明，為了減小鉸接點(diǎn)處的作用力，應(yīng)盡量增大上、下橫臂間的垂直距離。當(dāng)然，上下橫臂各鉸接點(diǎn)位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運(yùn)動(dòng)特性是否合適。 雙橫臂懸架可以采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭桿彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最為常見的為螺旋彈簧。 雙橫臂懸架一般用作轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的請(qǐng)懸架或要求通過性的越野汽車的前、后懸架上圖為雙橫臂懸架用于非驅(qū)動(dòng)橋前懸架的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)雙橫臂懸架用于前驅(qū)動(dòng)橋的懸架時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)給擺動(dòng)半軸留出位置。一種辦法時(shí)將彈簧置于上控制臂上方如圖2.3，這樣做的缺點(diǎn)在于減少了上、下橫臂之間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動(dòng)直接傳給車身前端。另一種做法時(shí)采用專門的叉形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出空間。如圖2.4所示[4]。 圖2.3 將減振器至于上控制臂上懸架圖 圖2.4 帶叉形件的懸架安裝圖 結(jié)合上面所述，本次設(shè)計(jì)初步選擇運(yùn)用于前驅(qū)動(dòng)橋上獨(dú)立雙橫懸架，其結(jié)構(gòu)形式選擇采用專門的叉形構(gòu)件為半軸留出空間。 2.3 本章小結(jié) 本章對(duì)懸架的基本分類做了一個(gè)簡(jiǎn)單闡述，對(duì)獨(dú)立雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，對(duì)獨(dú)立雙橫臂懸架的總體布置形式做了初步的說(shuō)明，給出了驅(qū)動(dòng)橋和非驅(qū)動(dòng)橋雙橫臂懸架的幾種典型的布置形式，并初步選擇完了懸架的類型及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式。  第3章 獨(dú)立雙橫臂懸架設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)主要依據(jù)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動(dòng)型的前懸架來(lái)設(shè)計(jì)的，其具體參數(shù)如表3.1。 表3.1 07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動(dòng)型整體尺寸數(shù)據(jù)表 車身長(zhǎng)/寬/高 4670 /1780/1435 軸距 2675 前輪距 1540 后輪距 1540 整車整備質(zhì)量 1386 最小離地間隙 150 輪胎規(guī)格 205/55 懸架系統(tǒng) 前：雙橫臂獨(dú)立懸架帶橫向穩(wěn)定桿 后：E型多連桿帶橫向穩(wěn)定桿 最大總質(zhì)量 1666 3.1.1 影響平順性參數(shù) 取懸架質(zhì)量分配系數(shù)=1。 汽車的前后偏頻的計(jì)算公式如下： （3.1） 其中g(shù)為重力加速度其值取g=9.8 ,、為前后懸架剛度，Gs1、Gs2為前后懸架的簧載質(zhì)量[4]。 對(duì)于一般采用鋼制彈簧的轎車約為、為， 0.85～0.95。 粗取 ，。 在0.85～0.95范圍內(nèi)符合要求。 1、靜撓度計(jì)算 （3.2） （3.3） 2、動(dòng)撓度計(jì)算 懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形，一般對(duì)于乘用車取70～90、客車50～80、貨車60～90。 由于所選的是馬自達(dá)6屬于乘用車系列,所以取 =70。 對(duì)于乘用車與之和應(yīng)不小于160。 （3.4） （3.5） 所以滿足要求。 3.1.2 阻尼特性 當(dāng)汽車懸架僅有彈性元件而無(wú)減振器時(shí)，汽車懸架質(zhì)量的振動(dòng)將會(huì)延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，所以懸架中一定要有減振器的阻尼力。對(duì)于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)剡x擇阻尼力才能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用，因此阻尼力的選定很關(guān)鍵[3]。 阻尼力 （3.6） 式中為阻尼力，為減振器阻尼系數(shù)，為減振器活塞相對(duì)缸筒的運(yùn)動(dòng)速度，常數(shù)、通常在卸荷閥打開=1。 對(duì)于一個(gè)帶有線性阻尼的減振器可用相對(duì)阻尼比來(lái)評(píng)價(jià)。式中cs為彈簧剛度，為懸架部分的質(zhì)量。取=0.4，=0.3。 3.1.3 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量 我所參考的時(shí)07款馬自達(dá)6 2.0 6速手動(dòng)型轎車，該車整車整備質(zhì)量為1386，因此最大總質(zhì)量為M=1386+=1666。 根據(jù)劉惟信版汽車設(shè)計(jì)（表3.2）可知簧載質(zhì)量占總質(zhì)量的82%，非簧載質(zhì)量占18% [4]。 因此簧載質(zhì)量=1666×82%=1366。 由于前后懸架質(zhì)量非配系數(shù)=1得==683。 非簧載質(zhì)量 =1666×18%=300 得到單個(gè)車輪的非簧載質(zhì)量為300/4=75。由劉惟信版汽車設(shè)計(jì)可知對(duì)于車用車單個(gè)車輪處的非簧載質(zhì)量應(yīng)在50-90間，由此可知上述數(shù)據(jù)滿足要求[4]。 表3.2 簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比例關(guān)系 懸架類型 非懸掛質(zhì)量總質(zhì)量 懸掛質(zhì)量總質(zhì)量 懸掛質(zhì)量非懸掛質(zhì)量 非懸掛質(zhì)量懸掛質(zhì)量 雙橫臂，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器 13% 87% 6.7 14.9% DE Dion橋，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器 15% 85% 5.7 17.6% 雙橫臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% 縱臂，螺旋彈簧 18% 82% 4.6 22% DE Dion橋，螺旋彈簧 20% 80% 4.0 25% 整體剛性橋，導(dǎo)向桿系，螺旋彈簧 22% 78% 3.5 28.2% 整體剛性橋，鋼板彈簧 26% 74% 2.8 35.1% 3.2 螺旋彈簧設(shè)計(jì) 1、螺旋彈簧類型的選擇 螺旋彈簧形式選擇為兩端碾細(xì)并并緊如圖3.1（b）圖所示，彈簧的材料為有淬火回火硅錳合金彈簧鋼絲[4]。其試驗(yàn)載荷，，。 圖3.1 彈簧兩端結(jié)構(gòu)圖 2、彈簧剛度計(jì)算 （3.7） 因此螺旋彈簧的剛度為45.56。 3、設(shè)計(jì)、 （3.8） 初步選擇，。 4、初選彈簧中徑及鋼絲直徑 初選中徑，。 ，取 （3.9） 5、確定， 。 6、計(jì)算彈簧有效圈數(shù)和完全并緊高 ， 由于彈簧有效圈數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)，，所以總?cè)?shù)。 表3.3 彈簧總?cè)?shù)計(jì)算表 總?cè)?shù)n 完全并緊時(shí)的高度Hs 兩端碾細(xì) +2 兩端切斷 +1.33 一端碾細(xì)一端切斷 +1.50 兩端內(nèi)彎 +1.67 一端碾細(xì)一端內(nèi)彎 +1.75 一端切斷 +1.42 7、計(jì)算、、和 為彈簧完全并緊時(shí)的載荷，為工作壓縮極限位置時(shí)的載荷，，為臺(tái)架試驗(yàn)伸張、壓縮極限位置對(duì)應(yīng)的載荷。 （3.10） （3.11） （3.12） （3.13） 8、計(jì)算剪切應(yīng)力 ， （3.14） （3.15） （3.16） （3.17） 9、校核 （3.18） 所以強(qiáng)度符合要求。 10、壽命計(jì)算 （3.19） （3.20） （3.21） 11、彈簧自由高和最小工作高度 取 （3.22） 12、穩(wěn)定性校核 當(dāng)彈簧的自由高與中徑之比小于2.5時(shí)彈簧就穩(wěn)定，否則彈簧就不穩(wěn)定[15]。 （3.23） 所以彈簧穩(wěn)定。 3.3 減振器設(shè)計(jì) 由于雙筒充氣液力減振器具有工作穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長(zhǎng)度短等優(yōu)點(diǎn)，因此在乘用車上得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。所以選擇的減振器形式為雙筒充氣式液力減振器。 1、相對(duì)阻尼系數(shù) 式中為阻力，為減振器阻尼系數(shù)。 圖3.2 減振器的阻力-位移特性與阻力-速度特性 （式中c為懸架剛度，為簧載質(zhì)量） （3.24） 由式3.24可知減振器的阻尼力作用在不同剛度c和簧載質(zhì)量式會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果，值大，振動(dòng)能衰減的快，同時(shí)也會(huì)將較大的路面沖擊傳到車身。值小則相反，振動(dòng)衰減的比較慢，但是傳到車身的沖擊也較小。因此通常取減振器的壓縮行程的值取小些，伸張行程時(shí)的取的大些。并保持=（0.25～0.50）的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)取與的平均值，的范圍時(shí)～0.35。 初取=0.30。 2、減振器阻尼系數(shù)δ的確定 （3.25） 當(dāng)減振器如3.3[3]圖安裝時(shí)，。 圖3.3減振器安裝簡(jiǎn)圖 （3.26） 3、最大卸荷力的確定 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷閥，此時(shí)活塞的速度為卸荷速度。 （一般為～，A為車身振幅，取，為懸架固有頻率） （3.27） （3.28） 4、減振器尺寸的確定 由于減振器有尺寸系列所以只要算出工作缸直徑就可以按照標(biāo)準(zhǔn)選擇。 (為工作缸最大允用壓力一般取 3～4 ，為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式一般取0.4～0.5。取) （3.29） 取。 貯油筒直徑取壁厚為,材料為20鋼。 工作缸行程 ，有效行程， 減振器總長(zhǎng)。 3.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.4.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 對(duì)前輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求是： （1）懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損； （2）懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度； （3）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)； （4）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 對(duì)后輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求是： （1）懸架上載荷變化時(shí)，輪距無(wú)明顯的變化； （2）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)[3]。 我設(shè)計(jì)的是前輪獨(dú)立懸架，因此應(yīng)按照前輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求來(lái)設(shè)計(jì)。 3.4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)設(shè)計(jì) 1、側(cè)傾中心 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心，可由下圖所示方式得出。將上、下橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延長(zhǎng)，以便得到極點(diǎn)，并同時(shí)獲得點(diǎn)的高度。將點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心。當(dāng)橫臂平行時(shí)點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過點(diǎn)的平行線，同樣可以獲得側(cè)傾中心 。 雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心高 為 圖3.4 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定 （3.30） 式中 σ 為主銷內(nèi)傾角，一般取初步取，為上橫臂與水平面之間的夾角，取= ，為下橫臂與水平面的夾角取，為下橫臂外傳動(dòng)點(diǎn)到地平面之間的距離，由于馬自達(dá)6的最小離地間隙為150，所以取=220,為主銷的長(zhǎng)度，初步取,為主銷延長(zhǎng)線與地平面的交點(diǎn)到車輪中心平面與地平面交點(diǎn)之間的距離，的取值范圍為，取=50。所以懸架的側(cè)傾中心高為 （3.31） （3.32） （3.33） 一般對(duì)與乘用車前輪懸架的側(cè)傾中心高為，后輪懸架為所以以上所選的數(shù)據(jù)合理[16]。 2、側(cè)傾軸線 在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前、后軸線上的載荷變化接近相等，從而保證中型轉(zhuǎn)向；而盡可能高是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。 然而，前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^。此外，在前輪驅(qū)動(dòng)的汽車中，由于前橋載荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故應(yīng)盡可能使前輪載荷變化小。因此，在獨(dú)立懸架中，側(cè)傾中心高度為： 前懸架 后懸架。 3.4.3 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1、橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 由于上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案不同，所得到的側(cè)傾中心位置也不同，因此我選擇3.5圖式的上、下橫臂布置方案。 2、水平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案有三種[14]，如圖3.6所示。 圖3.5上、下橫臂橫向布置方案 （a） （b) （c) 圖3.6水平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 下橫臂軸和上橫臂軸與縱軸線的夾角，分別用表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)；與汽車縱軸平行者，夾角為零。 為了使車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊，還未了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車懸架下橫臂軸的斜置角為正值，而上橫臂軸的斜置角有正值、零值和負(fù)值三種布置方案。上、下橫臂軸斜置角不同的組合方案，對(duì)車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大的影響。如車輪上跳，下橫臂軸斜置角為正，上橫臂軸斜置角為負(fù)值或零值時(shí)，主銷后傾角隨車輪的上跳而增大。如組合方案為上、下橫臂都為正值時(shí)，則主銷后傾角隨車輪的上跳有較小增加甚至減小。根據(jù)所選車型的具體情況，選擇下橫臂軸的斜置角為正值，上橫臂軸的斜置角為零值。且 。 3、上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 雙橫臂式懸架上、下橫臂的長(zhǎng)度對(duì)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)成上橫臂短，下橫臂長(zhǎng)。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便，另一方面是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。3.7圖是下橫臂長(zhǎng)度l1保持不變，改變上橫臂長(zhǎng)度，使分別為0.4，0.6，0.8，1.0，1.2時(shí)計(jì)算得到的懸架運(yùn)動(dòng)特性曲線。其中為車輪接地點(diǎn)在橫向平面內(nèi)隨車輪跳動(dòng)的特性曲線。由圖可以看出當(dāng)比之為時(shí)曲線變化最平緩；增大或減小時(shí)，曲線的曲率都增加。圖中的 和分別為車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)的特性曲線。當(dāng)=時(shí)，和均為直線并與橫坐標(biāo)垂直，和在懸架運(yùn)動(dòng)過程中保持定值。 設(shè)計(jì)汽車懸架時(shí)，希望輪距變化小，以減小輪胎的磨損，提高其實(shí)用壽命，因此應(yīng)選擇在附近，為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度變化要小，這時(shí)在附近。綜合以上分析，該懸架的應(yīng)在范圍內(nèi)。美國(guó)克萊斯勒和通用公司分別認(rèn)為，上、下橫臂長(zhǎng)度之比取和為最佳，，根據(jù)我國(guó)乘用車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)，取為宜[4]。 根據(jù)所選參考車型的大體尺寸，取，取= =。 圖3.7上、下橫臂長(zhǎng)度之比改變時(shí)懸架運(yùn)動(dòng)特性圖 上、下橫臂的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.8，3.9所示[14]。 圖3.8上橫臂結(jié)構(gòu)圖 圖3.9下橫臂結(jié)構(gòu)圖 3.5 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 由于為了提高汽車的行駛平順性，從而降低了汽車的固有頻率，導(dǎo)致懸架的垂直剛度減小，側(cè)傾角剛度值很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的穩(wěn)定性，為此大多數(shù)汽車都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大汽車的側(cè)傾角剛度。穩(wěn)定桿的安裝因車而異。 3.5.1 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 1、兩端連接處結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖3.10 接頭剖面圖 2、中段與車架連接點(diǎn)處結(jié)構(gòu)形式的選擇 穩(wěn)定桿中段與車架連接時(shí)需要用橡膠元件來(lái)吸收振動(dòng)如3.11圖所示打剖面線的為橡膠元件。橡膠元件放在一個(gè)近似U型元件中有U型元件固定在車架上。 圖3.11接頭剖面圖 3.5.2穩(wěn)定桿直徑計(jì)算 由公式 （3.34） 式中為角剛度，為材料彈性模量，取，為穩(wěn)定桿的截面慣性矩, , 為穩(wěn)定桿兩端間的距離其余變量如下圖所示[8]。穩(wěn)定桿材料為60Si2Mn。 由此可知當(dāng)穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)確定后，懸架的側(cè)傾角剛度給定后就可以初步估算處穩(wěn)定桿的直徑。 、由于所選參考車型的輪距為1540，所以初步選取, , , （3.35） 懸架側(cè)傾角剛度的計(jì)算： （為輪距，為線形剛度） 由于現(xiàn)行剛度計(jì)算牽涉到獨(dú)立懸架具體機(jī)構(gòu)，因此，而此公式只適合小側(cè)傾角，而且在分析過程中沒有考慮導(dǎo)向機(jī)構(gòu)系中鉸接點(diǎn)處彈性套的影響。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為，后側(cè)傾角剛度為。取，則 圖3.12穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)尺寸圖 （3.36） 取。 3.5.3穩(wěn)定桿校核 穩(wěn)定桿處的半徑取。 1、穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為端點(diǎn)處的作用力，=。 （3.37） 2、彎曲應(yīng)力 截面在彎矩的作用下產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。 （3.38） 綜上所述穩(wěn)定桿的強(qiáng)度和剛度都滿足要求。 3.6叉形件的設(shè)計(jì) 1、叉形件形式的選擇 叉形件形式的選擇如圖3.13所示。 圖3.13 叉形件 其結(jié)構(gòu)尺寸初步設(shè)計(jì)為 高，鉸接處外圓直徑為，內(nèi)圓直徑為，與減振器連接處尺寸為外圓，內(nèi)圓，支柱截面的矩形。材料用鋼。 2、叉形件的校核 （1）應(yīng)力校核： （3.39） （2）穩(wěn)定性校核： 對(duì)于鋼，彈性模量， （3.40） 所以屬于細(xì)長(zhǎng)桿，歐拉公式適用[18]。 （3.41） 取安全系數(shù)為5[6]則 （3.42） （3.43） 因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 3.7 輪胎尺寸 我所選的輪胎規(guī)格為 即輪胎的寬，高寬比為，得出輪胎高，輪輞直徑為英寸換算為 因此車輪直徑為。 3.8 半軸初步計(jì)算 半軸的安裝形式選擇全浮式。 式中為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取為負(fù)著系數(shù)取，為車輪滾動(dòng)半徑，為最大靜載荷 。 （3.44） 為直徑系數(shù)一般為取 （3.45） 取。 3.9 本章小結(jié) 本章介紹了懸架的基本尺寸的確定，螺旋彈簧的設(shè)計(jì)，減振器工作缸、貯油缸直徑的確定，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中各參數(shù)的確定，上、下橫臂的結(jié)構(gòu)形式的確定，并且確定其基本尺寸。還確定了橫向穩(wěn)定桿兩端接頭的形式和中間支承的結(jié)構(gòu)形式，初步計(jì)算了穩(wěn)定桿的直徑和長(zhǎng)度。 第4章 基于ADAMS/View的懸架優(yōu)化分析 機(jī)械也稱機(jī)械系統(tǒng)，它是由可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的剛體通過運(yùn)動(dòng)副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。汽車就是一種典型的機(jī)械系統(tǒng)，在汽車機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析中，前懸架占有重要的地位。本章將應(yīng)用ADAMS軟件，建立并模擬計(jì)算汽車前懸架模型。 當(dāng)建立懸架的模型前，為了建模和分析的方便，需要作以下幾個(gè)假設(shè)： （1）各運(yùn)動(dòng)副均為剛性連接，且內(nèi)部間隙和摩擦力忽略不計(jì)； （2）擺臂軸和懸架端與車身連接處球銷的橡膠襯套是剛性的； （3）轉(zhuǎn)向拉桿與中間拉桿的球連接用萬(wàn)向節(jié)表示，這就取消了拉桿繞它的縱向軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； （4）輪胎為剛性的； （5）懸架上下緩和塊可簡(jiǎn)化為線性彈簧和阻尼； （6）僅研究懸架特性時(shí)，車身相對(duì)地面假設(shè)不動(dòng)； （7）為模擬地面不平引起的激勵(lì)，假想它與輪胎直接接觸，與地面之間通過移動(dòng)副相連，可垂直地上下運(yùn)動(dòng)[12]。 4.1 仿真軟件ADAMS的介紹 4.1.1 ADAMS的簡(jiǎn)介 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS是世界上應(yīng)用廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件。它是有美國(guó)學(xué)者蔡斯等人利用多剛體動(dòng)力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)剛體質(zhì)心在慣性參考系中的三個(gè)直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計(jì)算程序。ADAMS軟件應(yīng)用了解決剛性積分問題的方法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計(jì)算效率。 用戶利用ADAMS軟件可以建立和測(cè)試虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上仿真分析復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能。目前ADAMS軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型。該模型可以是在ADAMS軟件中直接建造的簡(jiǎn)化幾何模型，也可以是從其他CAD軟件中轉(zhuǎn)過來(lái)的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運(yùn)動(dòng)激勵(lì)；最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，得到實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)工作過程的運(yùn)動(dòng)仿真[13]。 ADAMS軟件采用模擬樣機(jī)技術(shù)，將多體動(dòng)力學(xué)的建模方法與大位移及非線性分析求解功能相結(jié)合。 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS使用交互式圖形環(huán)境和部件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，用堆積木式方法建立三維機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)化模型并通過對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能的仿真分析和比較來(lái)研究“虛擬樣機(jī)”可供選擇的設(shè)計(jì)方案。ADAMS仿真可用于估計(jì)機(jī)械系統(tǒng)性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的載荷輸入。ADAMS的核心仿真軟件包有交互式圖形環(huán)境ADAMS/View和仿真求解器ADAMS/Solver。還有建模用集成用、顯示用、擴(kuò)展模塊。 ADAMS軟件包括3個(gè)最基本的解題程序模塊：ADAMS/View（基本環(huán)境）、ADAMS/Slover（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后處理）。另外還有一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用的附加程序模塊，例如：ADAMS/Car（轎車模塊）、ADAMS/Rail（機(jī)車模塊）、ADAMS/Driver（駕駛員模塊）、ADAMS/Tire（輪胎模塊）、ADAMS/Linear（線性模塊）、ADAMS/Flex（柔性模塊）、 ADAMS/Control（控制模塊）、 ADAMS/FEA （有限元模塊）、 ADAMS/Hydraulics（液壓模塊）、 ADAMS/Exchange（接口模塊）、 Mechanism/Fro（與Pro/Engineer的接口模塊）、ADAMS/Animation（高速動(dòng)畫模塊）等。下面介紹一下ADAMS/View軟件的基本模塊[12]。 ADAMS/View（基本環(huán)境）是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù)，將便捷的圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建立模型、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、曲線圖處理、仿真結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。 4.1.2 ADAMS軟件的優(yōu)點(diǎn) ADAMS軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用ADAMS軟件會(huì)收到明顯效果： （1）分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)天； （2）降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用； （3）在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案； （4）在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量； （5）進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析； （6）縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高周期長(zhǎng)。運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS進(jìn)行仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程。大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品[7]。 4.2懸架建模關(guān)鍵點(diǎn)的確定 懸架的簡(jiǎn)化模型如4.1圖。 圖4.1 懸架簡(jiǎn)化圖 懸架簡(jiǎn)化后各點(diǎn)的空間位置如圖4.1所示選擇下橫臂與主銷連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)即 取上橫臂的長(zhǎng)度用DV_4表示，下橫臂的長(zhǎng)度用DV_7表示，主銷長(zhǎng)度用DV_1表示，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)為，主銷后傾角為,下橫臂斜置角，上橫臂斜置角，前輪前束因此各關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)為： 表4.1 關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)表 X Y Z LCA_outer 0 0 0 LCA_inner 444.56 38.89 -119.12 UCA_outer 48.66 346.64 15.12 UCA_inner 342.99 294.36 40.87 Tie_rod_outer -14.49 132.5 -137.33 Tie_rod_inner 600 132.5 -137.33 Knuckle_outer -220 108.65 6.5 Knuckle_inner 24.33 132.5 7.56 為了方便下一步的建模把這些關(guān)鍵點(diǎn)裂成表格形式如表4.1。 4.3在ADAMS/View中創(chuàng)建懸架模型 4.3.1建模 1、創(chuàng)建新模型 首先啟動(dòng)ADAMS/View。在歡迎對(duì)話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model Name）欄中輸入“susp”，其它選項(xiàng)欄中選擇系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，按“OK”。 2、設(shè)置工作環(huán)境 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Units）命令，將模型的長(zhǎng)度單位、質(zhì)量單位、力的單位、時(shí)間單位、角度單位和頻率單位分別設(shè)置為毫米、千克、牛頓、秒、度和赫茲（如圖4.2所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Working Grid）命令，將網(wǎng)格X方向和Y方向的大小分別設(shè)置為750和800，將網(wǎng)格的間距設(shè)置為50（如圖4.3所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Gravity）命令，將重力方向設(shè)置為沿Y軸負(fù)方向，大小為-9806.65（如圖4.4所示）。 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Icons）命令，將圖標(biāo)大小設(shè)置為50[7]。 3、創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)圖 圖4.2 單位設(shè)置窗口 點(diǎn)擊ADAMS/View中零件庫(kù)的點(diǎn)（Point）， 選擇“Add to Ground”和“Don’t Attach”，在工作窗口創(chuàng)建如圖4.5所示的八個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)。這八個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)是各個(gè)運(yùn)動(dòng)副相連接的位置。 圖4.3 工作網(wǎng)格設(shè)置窗口 圖4.4 重力設(shè)置窗口 4、創(chuàng)建懸架的構(gòu)件 利用ADAMS/View中零件庫(kù)的圓柱體（Cylinder）和球體（Sphere）命令，根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)的位置，分別建立汽車懸的各個(gè)構(gòu)件：上橫臂（UCA），下橫臂（LCA），轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle），主銷（King_pin），轉(zhuǎn)向拉桿（Tie_rod），車輪（Wheel）以及彈簧（Spring）。建模完成后的懸架模型如圖4.6所示。 圖4.5 列表編輯器 圖4.6 懸架模型 5、創(chuàng)建測(cè)試平臺(tái) 點(diǎn)擊ADAMS/View中零件庫(kù)的點(diǎn)（Point），選擇“Add to Ground”和“Don’t Attach”，在（-367.5，-270.91，-200）處建一個(gè)點(diǎn)，并以該點(diǎn)為對(duì)角點(diǎn)建立一個(gè)長(zhǎng)500mm寬450mm高200mm的長(zhǎng)方體，并以長(zhǎng)方體的質(zhì)心為中心創(chuàng)建一個(gè)直徑為300mm高350mm的圓柱體，它與長(zhǎng)方體組成測(cè)試平臺(tái)。創(chuàng)建測(cè)試平臺(tái)后的模型如4.7所示。 圖4.7 建測(cè)試平臺(tái)后的模型 6、創(chuàng)建連接副 根據(jù)懸架各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)建立連接副。具體的連接副類型及位置如表4-2所示。 點(diǎn)擊ADAMS/view中約束庫(kù)的球副（Spherical Joint），設(shè)置球副的選項(xiàng)為“2 Bod_1Loc”和“Normal To Grid”，選擇上橫臂（UCA）和主銷（Kingpin）為參考物體，選擇設(shè)計(jì)點(diǎn)“UCA_outer”為球副的位置點(diǎn)，創(chuàng)建上橫臂和主銷之間的約束副。 同理創(chuàng)建下橫臂（LCA）和主銷(Kingpin）之間的球副，球副的位置為“LCA_outer”，轉(zhuǎn)向桿（Pull_arm）和拉桿(Tie_rod)之間的球副，球副的位置點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)“Tie_rod_outer”。 設(shè)置球副的選項(xiàng)為“1Location”和“Normal To Grid”選擇設(shè)計(jì)點(diǎn)“Tie_rod_inner”，創(chuàng)建拉桿和大地之間的球副。 按照上面所述的方法，創(chuàng)建拉臂和主銷、車輪和轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)和主銷之間的固定副，固定副的位置都為“Kingpin_inner”?！? 同理在測(cè)試平臺(tái)和大地之間創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)副，移動(dòng)副位置為測(cè)試平臺(tái)的中心位置。 表4.2 懸架模型連接副明細(xì)表 連接副類型 連接副圖標(biāo) 第一構(gòu)件 第二構(gòu)件 連接副位置 旋轉(zhuǎn)副 Revolute Joint UCA Ground UCA_inner 旋轉(zhuǎn)副 Revolute Joint LCA Ground LCA_inner 球副 Spherical Joint Kingpin UCA UCA_outer 球副 Spherical Joint Kingpin LCA LCA_outer 球副 Spherical Joint Pull_arm Tie_rod Tie_rod_outer 球副 Spherical Joint Tie_rod Ground Tie_rod_inner 固定副 Fixed Joint Kingpin Knuckle Knuckle_inner 固定副 Fixed Joint Wheel K