赛车悬挂设计

大学生方程式赛车悬挂设计机汽学院指导老师：程金铭车辆1111班王建2011138120

悬架是汽车上的减振保稳部件，对汽车的操纵稳定性和行驶平顺性具有决定性作用，其结构设计的好坏将直接影响乘坐舒适性。FSAE赛事规则要求赛车悬架应该保证汽车具有良好的行驶平顺性；合适的衰减振动能力；良好的操纵稳定性；赛车制动和加速时能保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角合适；结构紧凑，避免发生运动干涉;能可靠地传递车身和车轮之间的各种力和力矩，保证有足够的强度和使用寿命；便于布置、维修概述

研究目的和意义大学生方程式赛车赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升。本文主要研究内容悬挂系统设计悬架系统对比选择主要零件建模与装配主要参数计算与静力学分析赛车悬挂系统的要求考虑到高速赛车对操纵稳定性的要求很高，同时根据设计和布置的安排并参考国内外的赛车悬架，本文采用独立悬架。根据中国大学生方程式赛事要求：赛车悬架必须有减震器，并且在载有赛手的情况下悬架的上下行程不低于25.4mm；悬架的所有连接点都可以直接看到或是通过移除覆盖件间接地看到。结合赛事要求和悬架的性能要求，FSAE赛车悬架设计要满足以下要求：（1）要具有合适的衰减震动的能力；（2）保证汽车具有良好的操纵稳定性；（3）质量要轻；（4）驾驶员操作和控制容易；（5）安装方便并且易于调整；1结构结构2独立悬架系统结构单横臂式独立悬架的结构简单、紧凑、抗侧倾能力比较强，但同时悬架的侧倾中心比较高，在悬架发生变形时，会使汽车车轮的轮距变大，从而加剧轮胎的磨损。如果用于转向轮时，在车轮跳动时，会对主销内倾角和车轮的外倾角造成很大的变化，对操纵稳定性有一定的影响，所以现在在前悬架上很少应用，一般应用于汽车的后悬架；双横臂独立悬架是由上、下横臂连接车轮和车身的悬架形式，根据上、下横臂的长度可分为等长双横臂和不等长双横臂悬架。双横臂悬架的运动学特性比较好，汽车的侧倾中心和纵倾中心由悬架横臂的安装位置确定，容易调整。在车轮跳动时可以使车轮定位参数变化比较小，可以保证汽车的操纵性。整体方案设计方案结构介绍

2014年赛车采用不等臂式双横臂独立悬架（前拉后推式），主要由弹簧减震器、轮胎、立柱、轮芯、杆端轴承、立柱吊耳、悬架吊耳主要部件构成。横臂与横臂通过2A12铝合金铣出来的叉臂接头通过环氧树脂胶粘接，在接头处通过螺纹孔与杆端轴承配合，然后与立柱吊耳铰接。与车架连接的一端，通过一个圆柱接头粘接后，杆端轴承与悬架吊耳铰接。减震器、摇臂、拉杆以及A臂接头吊耳组成一个系统，车轮受到载荷时，力通过拉杆传到摇臂上，摇臂围绕摇臂中心转动，将力传给减震器，通过减震弹簧和阻尼器减小冲击载荷。车轮实际运动中遇到突起或凹坑时，路面对车轮的垂直力依次通过立柱、下球头、下摆臂、推杆、摇臂和减震器传递到车架通过减震器的减震作用，迅速衰减车身振动，从而提高平顺性。悬架系统中所受到的纵向力、侧向力及其力矩均由立柱和导向机构来承受。前轮主要部件设计及装配图导向杆尺寸及角度确定静力学分析介绍在对重要零部件设计时，通过利用Ansys软件进行静力学分析。在软件中首先将catia三维模型导入，再添加材料属性，通过查找材料的属性，在软件中将：1.泊松比（材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变绝对值比值，也叫横向变形系数。）2.弹性模量3.张力强度4.质量密度5.屈服强度导入；通过对力的性质（力、压力、螺栓载荷、力矩、轴承载荷、惯性载荷等等）确定，利用xyz来定义力的方向，force中输入力的大小，来对结构进行静力学分析，得出其总形变量、应力、应变、安全系数的颜色分布图。前轮芯受力分析应变分析应力分析图安全系数分析图前立柱应力分析图前立柱安全系数悬架运动学分析的意义汽车悬架运动学及弹性运动学特性的设计成为汽车开发中的一项重要任务。悬架运动学分析的主要内容是研究车轮定位参数与车轮跳动量的关系。从中可以得到基本的车轮定位及变化特性信息。以悬架操纵稳定性、平顺性、等为主要评价目标，受到车身造型的制约及总布置的协调，在不同底盘调教风格下，悬架在与之关系密切、性能日新月异的相关功能子系统，如转向、轮胎、动力、制动相互作用下，可以优化出不同侧重点的最优解。车轮垂直跳动分析是悬架性能分析中一个很重要的方法，在本次分析中，考虑到比赛时，车辆长期处于转弯工况，所以本次设计主要做两侧车轮反向跳动分析。首先在标准模式下，定义悬架系统的相关参数：轮胎空载时的半径为260.35mm，轮胎径向刚度为100N/mm,簧载质量为260kg,质心高度为300mm,轴距为1600mm仿真的定位参数1.车轮外倾角2.主销后倾3.前轮前束4.轮距变化1．主销后倾角（Caster）☆主销后倾角定义：上球头或支柱顶端与下球头的连线（转向时，车轮围绕其进行转向运动的转向轴）在几何中心线方向,向前或向后倾斜的角度。向前倾斜称为负主销后倾角，向后倾斜称为正主销后倾角。☆功能：影响转向稳定性及转向后方向盘自动回正能力。☆症状判断：a)

主销后倾角太小造成不稳定：转向后缺乏方向盘自动回正能力；车速高时发飘（车辆在高速公路上行驶时,应对此项予以充分重视。）主销后倾角不对称造成跑偏：左、右两轮之主销后倾角不相等超过30′(0.5°)时车辆出现跑偏，跑偏方向朝向主销后倾角较小的一侧。2．车轮外倾角（Camber）☆车轮外倾角定义：轮胎的上沿偏向车辆内侧（朝向引擎）或外侧（远离引擎）的角度。车轮旋转平面和几何中心垂面的夹角.前轮在方向盘居中位置时测量。后轮在正前打直位置测量（四轮转向）。☆功能：调整车辆负载作用于轮胎的中心，消除跑偏，减少轮胎磨损。

3．前束角（Toe）☆

前束角的定义：左右车轮