1、雙臂獨立汽車懸掛-汽車轉向系統(tǒng)系統(tǒng)的解析與設計院(系) :汽車學院專業(yè)：車輛工程(汽車)名字：學位：導師：目錄一、設計主題3一題的說明四2本課程的設計內容52.1導向機構和汽車轉向系統(tǒng)梯形機構的運動學分析和設計52.2汽車懸掛彈性元件和阻尼元件的結構選擇和殘奧儀表計算62.3汽車懸掛導向機構的受力分析和主要支撐部件的結構設計和強度計算63基本設計步驟6二、設計過程91殘奧儀表初始選擇9雙汽車轉向系統(tǒng)機構殘奧儀表設計92.1汽車轉向系統(tǒng)機構優(yōu)化設計原理92.2確定汽車轉向系統(tǒng)機構的幾何殘奧儀表112.3機構運動概略圖描繪113 ADAMS模擬優(yōu)化123.1使用ADAMS-view模組建立汽車懸掛

2、模型123.2參數化建模和優(yōu)化結果123.3優(yōu)化結果分析134汽車懸掛彈性元件和阻尼元件的結構選擇和設計計算164.1結構選型164.2設計計算165結構設計和強度檢查175.1下橫臂結構設計與計算校正175.2上臂的結構設計和計算檢查215.3輪轂傳動半軸徑的設計計算225.4輪轂軸承的選擇和檢查計算225.5其他附屬零配件的選定25三、設計感想25四、參考文獻26在繪圖定徑套中添加3346389411或3012250582一、設計主題雙臂獨立汽車懸掛-汽車轉向系統(tǒng)系統(tǒng)的解析與設計(2013.9.13-2013.11.15 )雙臂懸架結構示例雙重圖2是雙橫臂汽車懸掛定-汽車轉向系統(tǒng)定機構示意

3、圖一道題的說明圖1是汽車前輪采用的雙橫桿汽車懸掛汽車轉向系統(tǒng)機構的示意圖(簡化)，導向機構ABCD由上橫桿AB、汽車轉向系統(tǒng)大頭針BC、下橫桿CD和車體信息幀AD構成。 其中，a、d分別是上臂與車身信息幀連結的鉸鏈中心(假定兩鉸鏈軸線與車輛的縱向平行)，b、c分別是轉彎主大頭針BC與上臂、下臂連結的球鉸鏈中心。 在車輛的橫向垂直平面內，設上下臂相對于水平面的擺動角分別為j、y，設外傾角為b0。轉向傳遞機構采用由齒輪-齒條汽車轉向系統(tǒng)驅動的開放型轉向梯形機構GFE EFG(F和f、g和g對稱，未圖示)。 其中，左轉向梯形機構EFG由齒輪-齒條汽車轉向系統(tǒng)輸出齒條EE、左轉向橫拉桿EF、左轉向節(jié)臂

4、FG以及車身信息幀構成。 e、e分別是連結整流子齒條和左右轉向橫拉桿的球的鉸鏈中心，f是連結左轉向橫拉桿EF和左轉向關節(jié)臂FG的球的鉸鏈中心，g是連結左轉向關節(jié)臂FG和左轉向關節(jié)大頭針BC的升交點，并且是FGBC。 另外，車輪軸線KH與汽車轉向系統(tǒng)大頭針BC和h、車輪中心面和j相交。甲組聯(lián)賽乙級聯(lián)賽c.c德. df.feghKep換向器齒條甲組聯(lián)賽b0y(后視圖)(地面)乙級聯(lián)賽2R德. dg乙級聯(lián)賽e甲組聯(lián)賽f.fe(水平平面圖)K前面后c.c整流子齒輪日本航空yL1L2L3乙級聯(lián)賽日本航空a0圖1是雙臂懸架-汽車轉向系統(tǒng)定機構示意圖描述ABCD引導機構的運動學的機構幾何殘奧儀主要是上臂的桿

5、長AB=h1、主大頭針的球的鉸鏈中心間距離BC=h2、下臂的桿長CD=h3、上下臂的擺動角j、y (橫臂向外傾斜時取負值)、主大頭針的向內角度為了簡化，假定未考慮主大頭針的后傾角的影響，上下臂與車身信息幀的鉸鏈的軸線與車輛的縱向平行，則圖示的引導機構ABCD的上下臂AB、CD與汽車轉向系統(tǒng)大頭針的軸線BC總是在通過前輪的軸線的汽車的橫向垂直平面內移動。在水平面的俯視圖中，描述EFG左旋轉梯形機構的運動學的機構幾何殘奧計主要是EE=L1、EF=L2、FG=L3、車身信息幀上的齒條移動方向線EE與前輪軸線的片偏移距離y (前輪軸線位于前方時取正值)、關節(jié)臂FG相對于汽車長度方向的安裝角a0。 另外

6、，左右車輪的轉向角分別用a、b表示。雙臂獨立懸架系統(tǒng)的彈性元件可采用螺旋彈簧或扭桿彈簧彈簧，阻尼元件常用滾筒式阻尼器。 根據整車的結構配置，彈簧和阻尼大頭針元件通常安裝在下臂和車身信息幀(車身)之間，也有安裝在上橫梁和車身信息幀(車身)之間的情況。 因此，引導機構的各部件和各連結鉸鏈的力的大小和方向與彈簧要素的類型和安裝位置密切相關。雙臂汽車懸掛-汽車轉向系統(tǒng)系統(tǒng)的分析和設計主要包括：1 .描繪梯形機構的運動學設計和機構運動的概略圖基于ADAMS的汽車懸掛導向機構前輪定位殘奧分析和前輪左、右轉向角關系驗證3 .汽車懸掛彈性元件和阻尼元件的結構選擇和設計計算4、汽車懸掛導向機構的受力分析、零配件

7、結構強度計算及結構方案設計5 .制作系統(tǒng)組件構造裝配示意圖和一部分零件圖(省略剎車器卡鉗安裝構造)。2本課程的設計內容以上述懸掛結構的形式，嘗試設計某前輪驅動的迷你車的雙臂氟里昂汽車懸掛-汽車轉向系統(tǒng)系統(tǒng)，其殘奧儀表的選擇范圍如下車輪底座B=12001400mm，車輪底座L=20002500 mm。 滿載時的整車總質量為m=10001300kg，最高車速Vmax=140km/h，最大爬坡度20%，0-100 km/h加速時間為14秒以下，最小轉彎半徑Rmin=40004500mm。前輪輪胎外徑為2R=520mm，輪胎寬度b=145 mm。導向機構幾何尺殘奧： AB=150280mm、BC=20

8、0360mm、CD=300400mm、JH=80110mm、BH=90150mm，當車輛處于滿載平衡位置時，氟里昂止觸發(fā)器/汽車懸掛定導向機構位置殘奧計約為a=-58、y汽車轉向系統(tǒng)機構的幾何殘奧儀： EE=L1=50580mm，EF=L2=180500mm，FG=L3=100140mm，Y=-8080mm，BG=80130mm，機架左右移動行程為s=5070 mm。 關節(jié)臂安裝角a0=175190，汽車轉向系統(tǒng)梯形機構的最大壓力角amax=4550。要求各同學完成以下課程的設計內容2.1導向機構和汽車轉向系統(tǒng)梯形機構的運動學分析與設計(1)在上述殘奧表范圍內，首次選擇一組整車殘奧表。 例如，

9、輪間距離B=1250 mm、軸間距離L=2050 mm、單輪彈簧載荷W=300 kg、最高車速Vmax=140km/h、最大爬坡度20%、最小轉向半徑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。 最大壓力角amax=48。(2)將汽車轉向系統(tǒng)梯形機構GFE EFG近似為水平面內的平面網絡鏈接機構，根據所選擇的軸距、軸距、最小汽車轉向系統(tǒng)半徑要求、最大壓力角和關節(jié)臂安裝角限制條件，在適當的汽車轉向系統(tǒng)行程范圍內(例如s=60 mm )，按照阿克曼轉

10、向幾何原理，利用最優(yōu)設計方法進行汽車轉向系統(tǒng)左右車輪轉向角關系的理論曲線與實際繪制曲線(3)按比例描繪朝向梯形機構的運動的概略圖。(用ADAMS建構了雙臂懸掛導向汽車轉向系統(tǒng)梯形機構的運動學仿真模型，分析了當車輪從全平衡位置上下擺動(如60 mm )時，車輪定位殘奧儀前輪的外傾角、前束和輪距的變化情況，進行變化繪制曲線。 如果變化很大，請調整和優(yōu)化“機構”幾何殘奧表。2.2汽車懸掛彈性元件和阻尼元件的結構選擇和殘奧儀表計算(5)根據單輪彈簧的裝載質量w和汽車平滑性的要求，確定汽車懸掛的等效剛性和等效衰減殘奧表，根據車輪的上下擺動的變化繪制曲線(6)利用全平衡位置的汽車懸掛等效剛性和等效衰減殘奧

11、表，根據實際的彈性要素和衰減要素的安裝位置，換算彈簧剛性和衰減要素殘奧表(阻尼系數、拉伸和壓縮行程)而決定。2.3汽車懸掛導向機構的受力分析和主要支撐部件的結構設計和強度計算(7)考慮到動載荷系數、緊急制動和內側滑等苛刻狀況，對汽車懸掛導臂機構的控制臂受力分析，確定各鉸鏈點的力的大小和方向，為導臂機構的構件形狀和各鉸鏈點的結構設計提供理論依據。(8)根據上述受力分析結果進行導向系統(tǒng)主要支撐構件的結構設計和強度管理，選擇合理的支撐結構、構件截面形狀和鉸鏈形式。 結構設計時要運用結構輕量設計原理，考慮制造工藝的可行性。 選擇汽車懸掛鉸鏈時，要確認其結構是拉伸式還是受壓式，使其符合負荷分析的特征。

12、在上下臂與信息幀間的支撐鉸鏈上采用了橡皮子彈性鉸鏈，能夠提高汽車懸掛的防振性能。(9)計算車輪負荷和全浮動式驅動半軸的扭矩(參照教材汽車設計)，決定驅動半軸徑和與其連接的輪轂構造尺寸，選擇適當的輪轂軸承進行驅動橋的關節(jié)構造設計。(10 )描繪上述雙臂氟里昂汽車懸掛引導機構的各構成部件(上下雙臂、轉向節(jié)、連結球鉸鏈、彈性支承鉸鏈、傳動軸、輪轂軸承、輪轂、剎車盤等)在汽車的橫垂直平面內的主要構造裝配示意圖(省略框架建筑與剎車器鉗安裝構造部分)。(11 )用手工作業(yè)制作汽車懸掛托架總成(下述斗桿)的結構圖。3基本設計程序(1)選擇導向機構的幾何殘奧儀表，注意必須保證上擺臂的傾斜方向車身側滾中心不低，

13、可作圖進行大致檢查圖2是雙橫臂引導機構的版結構圖(2)利用換向梯形機構設計軟件，優(yōu)化換向梯形機構的幾何殘奧儀，繪制換向機構換向系統(tǒng)機構的運動簡圖斷路式汽車轉向系統(tǒng)梯形機構優(yōu)化設計計程儀方案(3)選擇彈性要素、阻尼要素和安裝方式(4)根據人體舒適汽車懸掛的偏置要求，利用雙臂汽車懸掛的分析和設計計算軟件，確定懸掛系統(tǒng)彈性元件和阻尼元件的殘奧計雙臂汽車懸掛靜力分析和剛度及阻尼殘奧儀表計算計程儀(5)使用雙臂汽車懸掛解析和設計計算軟件或ADAMS軟件，進行汽車懸掛載荷解析確定車輛車輪的最大外力(力矩)負荷，用解析法、解法、分析軟件等，分析汽車懸掛處于不同位置時的受力狀況(滿載時汽車懸掛機構各鉸鏈的受力

14、變化曲線)，確定導桿系的最大受力(力矩)狀況(6)使用材料力學和機械設定的強度計算理論，進行導桿系結構設計和強度管理(導桿系的截面形狀需要兼顧強度設計和輕量化)(7)計算車輪載荷和全浮動式驅動半軸的扭矩，決定驅動半軸徑和與其連接的輪轂結構尺寸，選擇適當的輪轂軸承，進行驅動橋的主要結構設計(不考慮剎車器卡鉗安裝結構)。注意：決定輪轂軸承在轉向節(jié)上的安裝方式，表示正確安裝輪轂軸承在轉向節(jié)上所需的公差的配合關系決定軸承內外圈的軸向定位方式。 用彈性階梯輪限制軸承外圈時，安裝孔用階梯輪的槽尺寸和公差根據對應的彈性階梯輪的基準進行調查在轉向節(jié)上安裝轉向橫拉桿連結球鉸鏈的錐形孔構造，其位置和尺寸必須明確(

15、在水平投影面內，其位置殘奧儀表可以參考汽車轉向系統(tǒng)梯形機構轉向節(jié)臂長L3和安裝角a0相對于轉向節(jié)臂的汽車長度方向的最優(yōu)設計結果)。關節(jié)上需要安裝與上下臂連結的球鉸鏈的錐形孔構造，標明相關殘奧儀表轉向節(jié)的材料可以鑄鋼、鑄鐵元素、鋁鑄造，要注明材料編號。(8)制作懸掛系統(tǒng)組件(包括轉向節(jié)與驅動橋輪轂軸承支承結構、上下臂與信息幀的彈性支承大頭針結構)二維CAD裝配示意圖，并表示裝配示意圖尺寸、配合公差與工程量清單等注意：輪轂軸承和轉向節(jié)之間的公差應配合在將上下臂分別支承于車身信息幀的彈性鉸鏈構造中，關于孔與大頭針卡合的構造，能夠用部分截面等描繪，公差卡合關系也應該表示于裝配示意圖以上，下擺臂分別經由

16、球鉸鏈與轉向節(jié)連結的錐孔裝配結構，也能以部分剖面方式明示構造查看導向機構的主要幾何殘奧儀表(各鉸鏈中心之間的距離、上下橫臂相對水平線的傾角、主大頭針傾斜角度)，通常不需要在組件裝配示意圖中填寫各零配件的尺寸和公差殘奧儀表等工程量清單必須注明螺母柱、開口銷、軸承、彈性擋圈等標準零配件的標準編號、數量等，以便在實際設計制造時能集中購買。 不合規(guī)格的標明有姓名、材料、數量等。(9)用手工作業(yè)繪制汽車懸掛主要零配件的圖紙，表示尺寸和幾何公差、材料和熱處理等技術要求。(十)編制課程設計清單。二、設計過程1殘奧儀表初始選擇在主題要求殘奧表的范圍內，最初選擇一組整車殘奧表如下輪間距離B=1250mm，輪間距

17、離L=2100mm，滿載時的整車總質量m=1100kg，單輪彈簧負荷W=270kg，最高車速Vmax=140km/h，最大爬坡度20%，AB=260mm，BC=330mm，CD=380mm，JH=380 mm雙汽車轉向系統(tǒng)機構殘奧儀表設計2.1汽車轉向系統(tǒng)機構的優(yōu)化設計原理圖2是齒條齒輪驅動的開放式汽車轉向系統(tǒng)梯形構造圖如果將s設為汽車轉向系統(tǒng)齒條位移量(S1SS2 )，則對于齒條小齒輪式汽車轉向系統(tǒng)驅動的斷開式汽車轉向系統(tǒng)梯形機構，能夠容易地求出左右前輪的轉向角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汽車轉向系統(tǒng)機架左右球鉸鏈中心的距離L2左、右拉桿長度L3左、右轉向節(jié)臂長度Lw從車輪中心到汽車轉向系統(tǒng)大頭針的距離S1從汽車轉向系統(tǒng)機架的中心位置向左的位移量(取正值)S2從汽車轉向系統(tǒng)機架中心位置向右的位移量(取負值)y 汽車轉向系統(tǒng)機架左右球的鉸鏈中心線與左右汽車轉向系統(tǒng)大頭針中