【文章內(nèi)容簡介】 21彈簧類別：Ⅱ類——受循環(huán)載荷作用次數(shù)在次范圍內(nèi)及受沖擊載荷的彈簧端部結(jié)構(gòu)：端部并緊，磨平，支撐圈為1圈彈簧材料：碳素彈簧鋼絲C級參數(shù)計算：初算彈簧剛度： (214)工作極限載荷(N)：因是Ⅱ類載荷，故2221N (215)彈簧材料直徑d及彈簧中徑D與有關(guān)參數(shù)：根據(jù)條件查《機(jī)械設(shè)計手冊》表7219得：表31 彈簧材料直徑d及彈簧中徑D與有關(guān)參數(shù)dD8502220324有效圈數(shù)： (216)按照《機(jī)械設(shè)計手冊》表7210取標(biāo)準(zhǔn)值n=總?cè)?shù)n(圈)： (217)彈簧剛度(N/mm)： (218)工作極限載荷下的變形量(mm)： (219)節(jié)距t(mm)： (220)自由高度(mm)：29 (221)取標(biāo)準(zhǔn)值彈簧外徑(mm)： (222)彈簧內(nèi)徑(mm)： (223)螺旋角α（度）： (224)展開長度L(mm)： (225)驗算：最小載荷時的高度(mm)： (226)最大載荷時的高度(mm)： (227)極限載荷時的高度(mm)： (228)實際工作行程h(mm)： (229)工作區(qū)范圍： (230) (231)高徑比： (232) 23故不需要進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，所以前彈簧選用剛度為350LBS/in。 減震器的選擇與計算當(dāng)我們計算好了彈簧的相關(guān)尺寸和參數(shù)的時候，我們就需要為我們的彈簧配合一個合適的減振器了。大多數(shù)我們選擇的減振器需要滿足以下三個個條件。首先，減振器的工作速度必須在合適的范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上再確保油液的壓力適當(dāng)。只有這樣，我們的減振器的阻力值才會比較穩(wěn)定了，而且我們也不用擔(dān)心油封的狀態(tài)；其次，要有合適的安裝尺寸與足夠的工作行程。合適的安裝尺寸在設(shè)計之初就以及確定，在選擇好彈簧剛度之后，減震器的工作行程也就大致可以算出來了，所以在選擇減震器的時候，一定要保證大于該工作行程；另外，減振器的散熱必須好，在高速度高頻率的工作件下，如果不能保證正常的溫度的話，阻力值是持穩(wěn)定的，嚴(yán)重的話可能造成減振器過早的損壞。擁有足夠的散熱面積能夠確保防止發(fā)生這樣的事。另外，還有一些關(guān)于設(shè)計減振器時應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求：在減振器的使用期間必須要保證汽車行駛平順性和穩(wěn)定性。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。其中筒式減振器具有工作壓力小的優(yōu)秀特點，并且因為其工作性能的穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中選擇單筒液力式減振器。在減振器卸荷閥打開前，阻力與減振器的振動速度的關(guān)系為 (233)式中 ——減振器阻尼系數(shù)； ——卸荷速度，～，取。1) 相對阻尼系數(shù) (234)式中 ——懸架系統(tǒng)的垂直剛度； ——簧上質(zhì)量。減振器的阻尼只是作為懸架系統(tǒng)的一個性能，它還與選取的彈性元件的剛度以及整個懸架系統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)對他們進(jìn)行匹配才會產(chǎn)生綜合的阻尼效果。因此，還要充分考慮懸架的剛度和簧載質(zhì)量，這也是直接決定振動衰減程度的值的依據(jù)。由資料得到的是結(jié)果是大家把減振器的相對阻尼系數(shù)31 定在0～1之間的。如果我們把這個數(shù)值取得過大，這就會使得運動性質(zhì)接近于非周期性，因此把相對阻尼系數(shù)也同樣稱做非期系數(shù)。對于無內(nèi)摩擦的彈性原件懸架，～，[8]。2) 減振器阻尼系數(shù) (235)不同懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)杠桿比不同，參賽賽車減振器的具體計算由下式?jīng)Q定：減振器阻尼系數(shù)δ的確定 (236)故 3) 主要尺寸參數(shù) 筒式減振器工作缸直徑D可由最大卸荷力和允許壓力來近似求得： (237)式中 ——工作缸最大允許壓力，取3~4MPa，此處； —連桿直徑與工作缸筒直徑之比，~，此處；必須圓整為標(biāo)準(zhǔn)值：20，30，40，50，65圓整后 =20mm經(jīng)過計算與分析最終確定本輛賽車選用充氣式減振器，這種減振器的優(yōu)點是在不利于車輛連續(xù)行駛的路面上行駛時，能夠體現(xiàn)出更加優(yōu)良的阻尼力，是有著十分出色的工作的持續(xù)性和高速特性。還有一種可能出現(xiàn)的現(xiàn)象稱之為泡沫化現(xiàn)象，這是一種不利的狀態(tài)，它很有可能會造成減振器的工作空程，進(jìn)而造成阻尼力間歇性的失效，這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在連續(xù)且高速的狀況下。但是當(dāng)我們向減震器中沖入氮氣的時候，我們會發(fā)現(xiàn)這種不利的現(xiàn)象就消失了，從而提高了整車乘座舒適和高速的操穩(wěn)性。除了以上介紹的有點以外，我們通過實驗證明了此減振器的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型的減振器，這也會提高整個懸架系統(tǒng)的使用壽命。 25 懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 懸架裝配設(shè)計圖在綜合考慮布置空間與懸架的性能要求后，前后懸架的布置如圖前懸架裝配：圖217 前懸架裝配圖后懸架裝配圖：圖218 后懸架裝配圖35 前后懸架總裝配圖:圖219 總裝圖對于設(shè)計懸架時，橫臂首先要考慮軸向長度，角度等問題。這兩個設(shè)計因素確實和賽車空間設(shè)計布置相互影響相互制約，此外軸距、傳動軸角度等諸多問題同樣影響著懸架設(shè)計者的思維(賽車重量分配比又制約著軸距的確定，發(fā)動機(jī)位置制約又制約著傳動軸的角度)[9]。對于FSC賽車橫臂的設(shè)計，大多數(shù)設(shè)計者的選擇是采用F1賽車橫臂的設(shè)計原則，也就是前懸后掠(承受制動力)，后懸前掠(承受推動力)。我們就拿后懸架來舉例說明，我們?yōu)榈玫胶髾M臂較大的前掠幾何角度，我們就必須使得懸架的前支點盡可能的靠近主環(huán)的位置。這樣的設(shè)計思路被廣泛的應(yīng)用在賽車包括F1賽車的設(shè)計當(dāng)中。其原因也很簡單，賽車的加速性能是其主要的性能之一，此時后懸架會承受很大的推動力的作用，再對橫臂進(jìn)行的受力分析可以知道，橫臂前端的桿與縱向方向夾角越小，越有利于將其所受到的彎曲受力改變成為壓彎受力，也就是受力狀態(tài)會更好。 立柱設(shè)計對于立柱的設(shè)計如圖220，在立柱整體結(jié)構(gòu)的尺寸確定上是個需要從重量和受力兩反面進(jìn)行折衷考慮的，立柱的高度受輪輞內(nèi)部空間的限制，在保證立柱可安裝的前提下盡可能保證立柱的高度，會使得立柱的尺寸的極大化，也就意味著立柱的重量的增加，這也就增加了非簧載質(zhì)量，這對賽車的 27性能來說是不利的；但是立柱高度的增加可以增加上下橫臂與立柱連接點的長度，也就是增加主銷的長度，從下橫臂與立柱連接點的受力來說，這是有利的。由于今年采用10in的輪輞，輪輞本身的內(nèi)部空間就不大，并且立柱的材料是鋁制的，對于受力的因素考慮來說是可以優(yōu)先于非簧載質(zhì)量增加的不利因素。對于立柱寬度與厚度的設(shè)計主要是由軸承的尺寸選擇及制動鉗的安裝尺寸決定的。在軸向設(shè)計時，主要考慮了軸承中心平面與主銷的距離，距離越小軸承的受力越好，但是距離越小意味著主銷越深入輪輞內(nèi)部，這就增加了車輪跳動時或前輪轉(zhuǎn)向時，橫臂與輪輞干涉的危險。圖220 后立柱建模圖221 前立柱建模29 橫臂的設(shè)計對于橫臂而言，其主要作用是連接車架與車輪，承擔(dān)傳力和導(dǎo)向的作用。在賽車的制動、加速、轉(zhuǎn)彎的工況中，橫臂受力較大，但橫臂一般不會斷裂，折彎，危險工況一般出現(xiàn)在橫臂的連接點處，因此懸架橫臂不只在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上需要考慮受力的合理性，也要充分考慮每一個連接點的受力。本次設(shè)計的懸架橫臂材料選用的是4130鋼管，鋼管規(guī)格為14。對于橫臂鉸點處的設(shè)計是采用的桿端軸承與向心軸承。桿端軸承的優(yōu)點是承受軸向受力能力強(qiáng)，方便懸架的安裝與調(diào)節(jié)，缺點是承受切向受力的能力較弱。向心軸承在承受切向與軸向能力方面較強(qiáng)，但是，由于與橫臂焊接在一起，不能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于橫臂與立柱連接處的鉸點受力比較復(fù)雜，采用的向心軸承通過軸承套與橫臂焊接在一起的方案，而橫臂與車架連接處的鉸點受力較小，采用的是桿端軸承與橫臂螺紋連接。在橫臂張角的設(shè)計時，要考慮到，橫臂對制動力與驅(qū)動力的承受能力，另外還有考慮輪輞的空間，不影響轉(zhuǎn)向。圖222 橫臂建模 29 圖223 桿端軸承圖224 向心軸承 懸架吊耳的設(shè)計在設(shè)計懸架吊耳的時候主要考慮三個方面，首先吊耳的強(qiáng)度要滿足設(shè)計要求，其次要注重輕量化的優(yōu)化設(shè)計，另外設(shè)計的吊耳要有足夠的空間保證懸架在運動過程中，桿端軸承與向心軸承不與吊耳發(fā)生干涉的現(xiàn)象。在材料的選擇上與車架焊接連接的吊耳采用的是45號鋼，與立柱連接的吊耳采用的是7075鋁。與車架焊接連接的吊耳，一般有兩種方式，分為31 單片式與整體式，單片式吊耳焊接簡單、質(zhì)量輕，但是強(qiáng)度較低，定位角度較低。整體式吊耳定位方便、強(qiáng)度大，但是質(zhì)量較大。綜合強(qiáng)度與質(zhì)量考慮車架吊耳最終采用的是整體式吊耳如圖。在設(shè)計整體式吊耳的時候?qū)ζ溥M(jìn)行有限元分析，對其進(jìn)行輕量化設(shè)計，同時考慮線切割工藝，最終設(shè)計如圖這樣在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，盡量減輕零部件的質(zhì)量。 圖225 單片吊耳 圖226 整體式吊耳圖227 減震器吊耳 圖228 搖臂吊耳 本章小結(jié)本章主要總結(jié)了懸架系統(tǒng)的設(shè)計思路，主要包括了懸架偏頻的選取，懸架剛度、側(cè)傾角剛度的計算，以及彈簧與減振器的選取。另外對懸架系統(tǒng)部分零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了介紹，包括立柱、橫臂、吊耳等部件的設(shè)計，對結(jié)構(gòu)輕量化與強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析，以達(dá)到制作過程的方便性，裝配零部件的可靠性，以及在此之上的緊湊性。 31第3章 懸架建模與仿真分析 第3章 懸架建模與仿真分析 ADAMS軟件介紹ADAMS軟件是MSC公司的一款軟件，包括Car、Chassis、Driveline、Flex、Insight、PostProcessor等8個模塊，另外還可以根據(jù)客戶的需求人為添加其他模塊。ADAMS軟件是全球應(yīng)用最為廣泛的仿真軟件之一，在機(jī)械行業(yè)占有很大的份額。其中子模塊Adams/Car因其專業(yè)性，在汽車行業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。能夠?qū)壹芟到y(tǒng)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)甚至整車進(jìn)行仿真分析，輸出相關(guān)性能曲線與相關(guān)性能參數(shù)，能夠有效地降低產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高工作效率?？焖俳⒏呔鹊能囕v模板，包括車身、懸架、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動系統(tǒng)等子系統(tǒng)在內(nèi)的精確的參數(shù)化數(shù)字汽車，可通過高速動畫直觀的再現(xiàn)各種工況下的車輛運動學(xué)和動力學(xué)響應(yīng)，并輸出操縱穩(wěn)定性、制動性、加速性、乘坐舒適性和安全性等性能指標(biāo)參數(shù)，從而減少對物理樣機(jī)的依賴。Adams/Car模塊具有以下優(yōu)點：1) 能夠在建立物理實體模型之前探究設(shè)計的性能并且進(jìn)行優(yōu)化； 2) 與物理模型的分析相比，在Adams/Car中分析虛擬模型更快，而且更節(jié)約成本； 3) 改變分析的類型和方法更快更容易； 4) 提供更安全的工作環(huán)境； 5) 不用實物測試平臺就可完成假設(shè)性分析。Adams/Car模塊提供了兩種運行模式：標(biāo)準(zhǔn)模式和模板模式；不同的模式對應(yīng)著不同的界面和功能。模板模式為設(shè)計人員提供了設(shè)計空間，可以自行建立所需要的系統(tǒng)模型。然后轉(zhuǎn)入到標(biāo)準(zhǔn)模式中進(jìn)行仿真分析。 在Adams/Car中建立車輛的仿真模型，總結(jié)起來有以下幾個步驟：1) 物理模型的簡化。將整車化為幾個主要的系統(tǒng)，然后理清每個系統(tǒng)中的零部件，以及它們之間的運動關(guān)系，定義拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。將部件定義為“general part”(整合零件)。 2) 確定“hard point”(硬點)。所謂硬點就是系統(tǒng)中各個零件之間的連接點，主要確定零件的大小與相對空間位置。3) 創(chuàng)建零件。在硬點創(chuàng)建完之后，根據(jù)硬點可以對零件進(jìn)行創(chuàng)建，并且輸入零件的主要參數(shù)，包括質(zhì)量、質(zhì)心位置等等。4) 定義組裝 (mount part)。Mount part是一種無質(zhì)量的安裝部件，用于各個子系統(tǒng)之間的裝配，裝配體與試驗臺之間的聯(lián)系。Mount part建立的同時，也會生成與之對頂?shù)耐ㄓ嵠?，且與通訊器的名稱相同，方便與實驗臺相連。5) 創(chuàng)建零件的幾何體(geometry)。根據(jù)硬點的空間位置創(chuàng)建零件的輪廓外形，主要包括三角臂、桿件、圓柱體。所以要讓創(chuàng)建的零件盡量貼合實際。6) 定義約束(constrain)。確定系統(tǒng)中各個零部件之間的相對運動關(guān)系，從而添加與之相對應(yīng)的運動副即約束。運動副的類型包含